Тримикс — это дыхательный газ , состоящий из кислорода , гелия и азота , который используется при глубоком коммерческом дайвинге , во время глубокой фазы погружений, выполняемых с использованием техники технического дайвинга , [1] [2] и в продвинутом рекреационном дайвинге . [3] [4]
Гелий включен в качестве заменителя азота, чтобы уменьшить наркотический эффект дыхательного газа на глубине. С помощью смеси трех газов можно создавать смеси, подходящие для разных глубин или целей, регулируя пропорции каждого газа. Содержание кислорода можно оптимизировать под глубину, чтобы ограничить риск токсичности , а инертный компонент балансировать между азотом (дешевым, но наркотическим) и гелием (который не наркотический и снижает работу дыхания, но более дорогой и увеличивает теплопотери). ).
Смесь гелия и кислорода с содержанием азота 0% обычно известна как гелиокс . Его часто используют в качестве дыхательного газа при глубоководных коммерческих водолазных работах, где его часто перерабатывают для экономии дорогостоящего гелиевого компонента. Анализ двухкомпонентных газов значительно проще, чем трехкомпонентных.
Основная причина добавления гелия в дыхательную смесь заключается в уменьшении пропорций азота и кислорода ниже пропорций в воздухе, чтобы обеспечить безопасное дыхание газовой смесью при глубоких погружениях. [1] Для уменьшения азотного наркоза и других физиологических эффектов газа на глубине требуется меньшая доля азота . Гелий оказывает очень незначительное наркотическое действие. [5] Более низкая доля кислорода снижает риск кислородного отравления при глубоких погружениях.
Более низкая плотность гелия снижает сопротивление дыханию на глубине. [1] [5] Работа дыхания может ограничить использование смесей дыхательных газов в подводных дыхательных аппаратах, поскольку с увеличением глубины может достигаться точка, когда работа дыхания превышает доступные усилия дайвера. За пределами этой точки накопление углекислого газа в конечном итоге приведет к тяжелой и изнурительной гиперкапнии , которая, если ее не устранить быстро, заставит дайвера пытаться дышать быстрее, усугубляя работу дыхания, что приведет к потере сознания и высокому риску. утопления. [6]
Из-за своей низкой молекулярной массы гелий проникает в ткани и покидает их путем диффузии быстрее, чем азот, при повышении или понижении давления (это называется выделением и выделением газа). Из-за своей меньшей растворимости гелий не нагружает ткани так сильно, как азот, но в то же время ткани не могут поддерживать такое большое количество гелия при перенасыщении. По сути, гелий быстрее насыщается и обесцвечивается, что является явным преимуществом при погружениях с насыщением , но в меньшей степени при прыжковом дайвинге, где повышенная скорость газовыделения в значительной степени уравновешивается эквивалентно увеличенной скоростью газовыделения.
Некоторые дайверы страдают от компрессионной артралгии во время глубокого спуска, и было показано, что тримикс помогает избежать или отсрочить симптомы компрессионной артралгии. [7] [8]
Гелий проводит тепло в шесть раз быстрее, чем воздух, поэтому дайверы, дышащие гелием, часто имеют с собой отдельный запас другого газа для надувания сухих костюмов . Это сделано для того, чтобы избежать риска переохлаждения, вызванного использованием гелия в качестве надувного газа. Аргон , хранящийся в небольшом отдельном резервуаре, подсоединенном только к нагнетателю сухого костюма, предпочтительнее воздуха, поскольку воздух проводит тепло на 50% быстрее, чем аргон. [9] Сухие костюмы (если они используются вместе с компенсатором плавучести) по-прежнему требуют минимального накачивания, чтобы избежать «сжатия», то есть повреждения кожи, вызванного защемлением плотными складками сухого костюма.
Гелий растворяется в тканях (это называется выделением газа) быстрее, чем азот, по мере увеличения окружающего давления. Следствием более высокой нагрузки на некоторые ткани является то, что многие алгоритмы декомпрессии требуют более глубоких декомпрессионных остановок , чем аналогичное погружение с воздействием давления с использованием воздуха, а гелий с большей вероятностью выйдет из раствора и вызовет декомпрессионную болезнь после быстрого всплытия. [10]
Помимо физиологических недостатков, использование тримикса имеет также экономические и логистические недостатки. Цена на гелий выросла более чем на 51% в период с 2000 по 2011 год. [11] Это повышение цен затрагивает дайверов открытого цикла больше, чем дайверов закрытого цикла, из-за большего объема гелия, потребляемого при типичном погружении с тримиксом. Кроме того, поскольку для заправок тримикса требуется более дорогое аналитическое оборудование, чем для заправок воздухом и найтроксом, станций заправки тримиксом меньше. Относительная нехватка заправочных станций тримикса может привести к необходимости приложить все усилия, чтобы добыть необходимую смесь для глубокого погружения, требующего бензина.
Снижение содержания кислорода в дыхательной газовой смеси увеличивает максимальную рабочую глубину и продолжительность погружения, до которых токсичность кислорода становится ограничивающим фактором. Большинство дайверов-тримиксов ограничивают рабочее парциальное давление кислорода [PO 2 ] до 1,4 бар и могут снизить P O 2 еще больше до 1,3 бар или 1,2 бар в зависимости от глубины, продолжительности и типа используемой дыхательной системы. [1] [2] [12] [13] Некоторые агентства по сертификации любительского и технического дайвинга для открытого цикла рекомендуют максимальное парциальное давление кислорода 1,4 бар для активных участков погружения и 1,6 бар для декомпрессионных остановок. [14] ] и 1,2 бар или 1,3 бар максимум для активных участков погружения с ребризером замкнутого цикла. Увеличение доли кислорода в тримиксе, который будет использоваться в качестве декомпрессионного газа, может ускорить декомпрессию со снижением риска изобарных контрдиффузионных осложнений.
Сохранение азота в тримиксе может способствовать предотвращению нервного синдрома высокого давления — проблемы, которая может возникнуть при вдыхании гелиокса на глубине более 130 метров (430 футов). [1] [15] [16] [17] Азот также намного дешевле, чем гелий.
Термин «тримикс» подразумевает, что газ состоит из трех функциональных компонентов: гелия, азота и кислорода. Поскольку азот и весь или часть кислорода обычно поступают из воздуха, другие компоненты обычного атмосферного воздуха обычно игнорируются. Обычно состав смеси определяется процентным содержанием кислорода, процентным содержанием гелия и, необязательно, балансовым процентным содержанием азота в указанном порядке. Например, смесь под названием «тримикс 10/70» или тримикс 10/70/20, состоящая из 10% кислорода, 70% гелия и 20% азота, подходит для погружения на глубину 100 метров (330 футов). Гипероксический тримикс иногда называют Helitrox, TriOx или HOTx (тримикс с высоким содержанием кислорода), где буква «x» в HOTx обозначает долю гелия в смеси в процентах. [18]
Для описания любого возможного соотношения газов достаточно базового термина «Тримикс», модифицированного при необходимости терминами «гипоксический», «нормоксический» и «гипероксический», а также обычными формами для обозначения составляющих газовых фракций, но Национальная ассоциация подводных инструкторов (NAUI) использует этот термин. «гелитрокс» для гипероксического тримикса 26/17, т.е. 26% кислорода, 17% гелия, 57% азота. Helitrox требует декомпрессионных остановок, аналогичных Nitrox-I (EAN32), и имеет максимальную рабочую глубину 44 метра (144 фута), при этом эквивалентная наркотическая глубина составляет 35 метров (115 футов). Это позволяет погружаться в обычном рекреационном диапазоне, уменьшая при этом необходимость декомпрессии и наркотический эффект по сравнению с воздухом. [19] GUE и UTD также продвигают гипероксический тримикс для этого диапазона глубин, но предпочитают термин «TriOx».
В подводном плавании на открытом воздухе обычно используют два класса тримиксов: нормоксический тримикс — с минимальным PO 2 у поверхности 0,18 и гипоксический тримикс — с PO 2 менее 0,18 у поверхности. [20] Нормоксическая смесь, такая как «19/30», используется на глубине от 30 до 60 м (от 100 до 200 футов); гипоксическая смесь, такая как «10/50», используется для более глубоких погружений только в качестве донного газа, и ее нельзя безопасно дышать на небольших глубинах, где PO 2 составляет менее 0,18 бар.
В ребризерах с полностью замкнутым контуром , в которых используются разбавители тримикса, смесь в дыхательном контуре может быть гипероксической (что означает больше кислорода, чем в воздухе, как в обогащенном воздухе найтроксе ) на мелководье, поскольку ребризер автоматически добавляет кислород для поддержания определенного парциального давления. кислорода. [21] Гипероксический тримикс также иногда используется при подводном плавании с открытым контуром, чтобы уменьшить необходимость декомпрессии. [18]
Газовое смешивание тримикса обычно включает смешивание гелия и кислорода с воздухом в желаемых пропорциях и под давлением. Распространены два метода:
Смешивание при парциальном давлении осуществляется путем декантации кислорода и гелия в водолазный баллон , а затем пополнения смеси воздухом из воздушного компрессора для дайвинга . Для обеспечения точного смешивания после каждого переноса гелия и кислорода смеси дают остыть, измеряют ее давление и далее газ декантируют до тех пор, пока не будет достигнуто правильное давление . Этот процесс часто занимает часы, а иногда на загруженных станциях смешивания растягивается на несколько дней. Можно внести поправки на влияние температуры, но для этого необходим точный контроль температуры смеси внутри цилиндра, чего, как правило, нет. [22]
Второй метод, называемый «непрерывным смешиванием», заключается в подмешивании кислорода и гелия во всасываемый воздух компрессора. [22] Кислород и гелий подаются в смесительные трубки в потоке всасываемого воздуха с использованием расходомеров или анализа содержания кислорода после добавления кислорода, а также до и после добавления гелия, и потоки кислорода и гелия регулируются соответствующим образом. На стороне высокого давления компрессора используется регулятор или выпускное отверстие для снижения давления потока пробы, и тримикс анализируется (предпочтительно как на гелий, так и на кислород), чтобы можно было выполнить точную регулировку потоков всасываемого газа. Преимущество такой системы заключается в том, что давление в резервуаре для подачи гелия не обязательно должно быть таким высоким, как то, которое используется в методе смешивания с парциальным давлением, а остаточный газ можно «долить» для лучшего смешивания после погружения. Это важно главным образом из-за высокой стоимости гелия. Недостатком может быть то, что высокая теплота сжатия гелия приводит к перегреву компрессора, особенно в жаркую погоду. Для обеспечения максимальной надежности анализа температуру тримикса, поступающего в анализатор, следует поддерживать постоянной, а перед использованием анализатор следует калибровать при температуре окружающей среды. Смесительная трубка представляет собой очень простое устройство, и варианты установок непрерывного смешивания своими руками можно изготовить за относительно низкую стоимость по сравнению со стоимостью анализаторов и компрессора. [22] [23]
Соотношение газов в конкретной смеси выбирается таким образом, чтобы обеспечить безопасную максимальную рабочую глубину и комфортную эквивалентную наркотическую глубину для запланированного погружения. Безопасными пределами для смеси газов в тримиксе обычно считаются максимальное парциальное давление кислорода (PO 2 — см. закон Дальтона ) от 1,0 до 1,6 бар и максимальная эквивалентная наркотическая глубина от 30 до 50 м (от 100 до 160 футов). На глубине 100 м (330 футов) «12/52» имеет PO 2 1,3 бар и эквивалентную наркотическую глубину 43 м (141 фут).
Хотя теоретически тримикс можно смешивать практически с любой комбинацией гелия и кислорода, был разработан ряд «стандартных» смесей (например, 21/35, 18/45 и 15/55 — см. Соглашения об именах). Большинство этих смесей начинались с декантации гелия под заданным давлением в пустой цилиндр с последующим добавлением в смесь 32% найтрокса. «Стандартные» смеси возникли из-за трех совпадающих факторов — желания сохранить эквивалентную наркотическую глубину (КОНЕЦ) смеси примерно на уровне 34 метров (112 футов), требования поддерживать парциальное давление кислорода на уровне 1,4 ата или ниже при самая глубокая точка погружения, а также тот факт, что многие дайв-центры хранят стандартный 32%-ный найтрокс в банках, что упрощает смешивание. [24] Использование стандартных смесей позволяет относительно легко пополнить баллоны для дайвинга после погружения, используя остаточную смесь — для пополнения остаточного газа от последней заправки необходимы только гелий и найтрокс из банка.
Метод смешивания известной смеси найтрокса с гелием позволяет проводить анализ фракций каждого газа с помощью только кислородного анализатора, поскольку соотношение доли кислорода в конечной смеси к доле кислорода в исходном найтроксе дает долю найтрокса в исходном найтроксе. конечная смесь, поэтому легко рассчитать доли трех компонентов. Совершенно очевидно, что END смеси найтрокса с гелием на максимальной рабочей глубине (MOD) равен MOD только найтрокса.
Гелиаир — это дыхательный газ , состоящий из смеси кислорода , азота и гелия , который часто используется на глубокой фазе погружений, выполняемых с использованием техники технического дайвинга . Этот термин, впервые использованный Шеком Эксли [25] , в основном используется Международной организацией технического дайвинга (TDI).
Он легко смешивается с гелием и воздухом и поэтому имеет фиксированное соотношение кислорода и азота 21:79, а остальное состоит из переменного количества гелия. Его иногда называют «тримиксом для бедняков», [25] [26] , поскольку его гораздо легче смешивать, чем тримиксные смеси с переменным содержанием кислорода, поскольку все, что требуется, — это ввести необходимое парциальное давление гелия, а затем долейте воздух от обычного компрессора. Более сложный (и опасный) этап добавления чистого кислорода под давлением, необходимым для смешивания тримикса, отсутствует при смешивании гелиэра.
Смеси Heliair аналогичны стандартным смесям Trimix, изготовленным из гелия и найтрокса 32, но с более глубоким концом при MOD. Гелиаир всегда будет содержать менее 21% кислорода и будет гипоксическим (менее 17% кислорода) для смесей с содержанием гелия более 20%.
Агентства по обучению и сертификации технических дайверов могут различать уровни квалификации дайверов на тримиксе. Обычно различают нормоксический тримикс и гипоксический тримикс, который иногда также называют полным тримиксом. Основное отличие состоит в том, что при погружениях с гипоксическим тримиксом погружение нельзя начинать на донной смеси, а к обязательным добавляются процедуры использования беговой смеси на первой части спуска и переключения газов во время спуска во избежание кислородной токсичности. навыки. Более длительная декомпрессия с использованием большего количества смесей также может усложнить процедуры. При погружениях с ребризером с закрытым контуром использование гипоксического дилюента не позволяет дайверу проводить промывку дилуентом на небольшой глубине при дыхании из петли, так что это остается возможным на максимальной глубине погружения, где это может быть более критично.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Аргон: 0,016; Воздух: 0,024; Гелий: 0,142 Вт/мК
Цена He в 2000 году при стоимости единицы 10 500 и цена He в 2011 году при стоимости единицы 15 900 за тонну.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Кроме того, для уменьшения выделения газов из разбавителей (гелия и азота) была разработана технология, аналогичная найтроксу, получившая название «гипероксический тримикс» или «тримикс с высоким содержанием кислорода» и сокращенно HOTx, по крайней мере, в одной форме.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )