Тримикс — это дыхательный газ , состоящий из кислорода , гелия и азота , который используется при глубоководном коммерческом дайвинге , во время глубоководной фазы погружений, выполняемых с использованием технических методов дайвинга, [1] [2] и при продвинутом любительском дайвинге . [3] [4]
Гелий включен в качестве замены части азота, чтобы уменьшить наркотический эффект дыхательного газа на глубине. С помощью смеси из трех газов можно создавать смеси, подходящие для разных глубин или целей, регулируя пропорции каждого газа. Содержание кислорода может быть оптимизировано для глубины, чтобы ограничить риск токсичности , а инертный компонент сбалансирован между азотом (который дешев, но наркотичен) и гелием (который не наркотичен и снижает работу дыхания, но более дорог и увеличивает потерю тепла ).
Смесь гелия и кислорода с содержанием азота 0% обычно известна как гелиокс . Он часто используется в качестве дыхательного газа в глубоководных коммерческих водолазных операциях, где он часто перерабатывается для экономии дорогостоящего компонента гелия. Анализ двухкомпонентных газов намного проще, чем трехкомпонентных газов.
Основная причина добавления гелия в дыхательную смесь — снижение пропорций азота и кислорода ниже, чем в воздухе, чтобы обеспечить безопасное дыхание газовой смесью при глубоких погружениях. [1] Меньшая доля азота требуется для снижения азотного наркоза и других физиологических эффектов газа на глубине. Гелий обладает очень слабым наркотическим эффектом. [5] Меньшая доля кислорода снижает риск кислородной интоксикации при глубоких погружениях.
Более низкая плотность гелия снижает сопротивление дыханию на глубине. [1] [5] Работа дыхания может ограничить использование дыхательных газовых смесей в подводных дыхательных аппаратах, так как с увеличением глубины может быть достигнута точка, где работа дыхания превышает доступные усилия водолаза. За пределами этой точки накопление углекислого газа в конечном итоге приведет к тяжелой и изнурительной гиперкапнии , которая, если ее быстро не исправить, заставит водолаза попытаться 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 увеличении или уменьшении давления (это называется выделением и выделением газа). Из-за своей более низкой 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 является газом, который быстрее насыщается и десатурируется, что является явным преимуществом при погружении с насыщением , но в меньшей степени при прыжковом погружении, где повышенная скорость выделения газа в значительной степени уравновешивается эквивалентно повышенной скоростью выделения газа.
Некоторые дайверы страдают от компрессионной артралгии во время глубокого погружения, и было показано, что тримикс помогает избежать или отсрочить симптомы компрессионной артралгии. [7] [8]
Гелий проводит тепло в шесть раз быстрее воздуха, поэтому дайверы, дышащие гелием, часто носят с собой отдельный запас другого газа для надувания сухих костюмов . Это делается для того, чтобы избежать риска гипотермии, вызванной использованием гелия в качестве инфлятора. Аргон , перевозимый в небольшом отдельном баллоне, подключенном только к инфлятору сухого костюма, предпочтительнее воздуха, поскольку воздух проводит тепло на 50% быстрее аргона. [9] Сухие костюмы (если используются вместе с компенсатором плавучести) по-прежнему требуют минимального надувания, чтобы избежать «сдавливания», т. е. повреждения кожи, вызванного защемлением тугими складками сухого костюма.
Гелий растворяется в тканях (это называется on-gassing) быстрее, чем азот, по мере увеличения давления окружающей среды. 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, и гелий с большей вероятностью выйдет из раствора и вызовет декомпрессионную болезнь после быстрого всплытия. [10]
Помимо физиологических недостатков, использование тримикса также имеет экономические и логистические недостатки. Цена на гелий выросла более чем на 51% в период с 2000 по 2011 год. [11] Это повышение цен влияет на дайверов открытого цикла больше, чем на дайверов закрытого цикла из-за большего объема гелия, потребляемого при типичном погружении с тримиксом. Кроме того, поскольку для заправки тримиксом требуется более дорогое аналитическое оборудование, чем для заправки воздухом и нитроксом, станций заправки тримиксом меньше. Относительная нехватка станций заправки тримиксом может потребовать от вас отойти от пути, чтобы получить необходимую смесь для глубокого погружения, требующего этот газ.
Снижение содержания кислорода в дыхательной газовой смеси увеличивает максимальную рабочую глубину и продолжительность погружения, до которой ограничивающим фактором становится кислородная токсичность . Большинство дайверов, использующих тримикс, ограничивают рабочее парциальное давление кислорода [ PO2 ] до 1,4 бар и могут дополнительно снизить PO2 до 1,3 бар или 1,2 бар в зависимости от глубины, продолжительности и типа используемой дыхательной системы. [1] [2] [12] [13] Несколько агентств по сертификации любительского и технического дайвинга рекомендуют максимальное парциальное давление кислорода в 1,4 бар для активных секторов погружения и 1,6 бар для декомпрессионных остановок для открытого цикла [14] и 1,2 бар или 1,3 бар как максимум для активных секторов погружения на ребризере замкнутого цикла. Увеличение доли кислорода в тримиксе, который будет использоваться в качестве декомпрессионного газа, может ускорить декомпрессию с пониженным риском осложнений изобарической контрдиффузии.
Сохранение азота в тримиксе может способствовать профилактике синдрома нервного перенапряжения — проблемы, которая может возникнуть при дыхании гелиоксом на глубине более 130 метров (430 футов). [1] [15] [16] [17] Азот также намного дешевле гелия.
Термин тримикс подразумевает, что газ имеет три функциональных компонента: гелий, азот и кислород. Поскольку азот и весь или часть кислорода обычно поставляются из воздуха, другие компоненты обычного атмосферного воздуха обычно игнорируются. Традиционно состав смеси определяется процентным содержанием кислорода, процентным содержанием гелия и, опционально, процентным содержанием остатка, азота, в указанном порядке. Например, смесь под названием «тримикс 10/70» или тримикс 10/70/20, состоящая из 10% кислорода, 70% гелия, 20% азота, подходит для погружения на глубину 100 метров (330 футов). Гипероксический тримикс иногда называют Helitrox, TriOx или HOTx (High Oxygen Trimix), где «x» в HOTx представляет собой долю гелия в смеси в процентах. [18]
Базовый термин Trimix достаточен, модифицированный по мере необходимости терминами гипоксический, нормоксический и гипероксический, а также обычными формами для указания доли составляющего газа, для описания любого возможного соотношения газов, но Национальная ассоциация инструкторов подводного плавания (NAUI) использует термин «helitrox» для гипероксического 26/17 Trimix, 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), где он имеет эквивалентную наркотическую глубину 35 метров (115 футов). Это позволяет погружаться в обычном рекреационном диапазоне, одновременно снижая декомпрессионные обязательства и наркотические эффекты по сравнению с воздухом. [19] GUE и UTD также продвигают гипероксический тримикс для этого диапазона глубин, но предпочитают термин «TriOx».
В подводном плавании с аквалангом открытого цикла обычно используются два класса тримиксов: нормоксический тримикс — с минимальным PO2 на поверхности 0,18 и гипоксический тримикс — с PO2 менее 0,18 на поверхности. [20] Нормоксическая смесь, такая как «19/30», используется в диапазоне глубин 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 не может безопасно дышаться на небольших глубинах, где PO2 составляет менее 0,18 бар.
В полностью замкнутых ребризерах , использующих тримикс-разбавители, смесь в дыхательном контуре может быть гипероксической (то есть содержать больше кислорода, чем в воздухе, как в обогащенном воздухе нитроксе ) на мелководье, поскольку ребризер автоматически добавляет кислород для поддержания определенного парциального давления кислорода. [21] Гипероксический тримикс также иногда используется в аквалангах открытого цикла для снижения декомпрессионных обязательств. [18]
Газовое смешивание тримикса обычно включает смешивание гелия и кислорода с воздухом в желаемых пропорциях и давлении. Обычно используются два метода:
Смешивание парциального давления осуществляется путем переливания кислорода и гелия в водолазный цилиндр , а затем доливки смеси воздухом из водолазного воздушного компрессора . Чтобы обеспечить точное смешивание, после каждой перекачки гелия и кислорода смесь охлаждают, измеряют ее давление и далее переливают газ до тех пор, пока не будет достигнуто правильное давление . Этот процесс часто занимает часы, а иногда и дни на загруженных станциях смешивания. Можно вносить поправки на температурный эффект, но для этого требуется точный мониторинг температуры смеси внутри цилиндра, что обычно недоступно. [22]
Второй метод, называемый «непрерывным смешиванием», осуществляется путем смешивания кислорода и гелия с воздухом, поступающим в компрессор. [22] Кислород и гелий подаются в смесительные трубки в потоке всасываемого воздуха с использованием расходомеров или анализа содержания кислорода после добавления кислорода и до и после добавления гелия, а потоки кислорода и гелия регулируются соответствующим образом. На стороне высокого давления компрессора регулятор или выпускное отверстие используются для снижения давления потока образца, и тримикс анализируется (предпочтительно как для гелия, так и для кислорода), чтобы можно было выполнить тонкую настройку потоков всасываемого газа. Преимущество такой системы заключается в том, что давление в баллоне для подачи гелия не должно быть таким высоким, как при методе смешивания с парциальным давлением, и остаточный газ можно «доливать» для наилучшего смешивания после погружения. Это важно в основном из-за высокой стоимости гелия. Недостатком может быть то, что высокая теплота сжатия гелия приводит к перегреву компрессора, особенно в жаркую погоду. Температура тримикса, поступающего в анализатор, должна поддерживаться постоянной для лучшей надежности анализа, а анализатор должен быть откалиброван при температуре окружающей среды перед использованием. Смесительная трубка — очень простое устройство, и самодельные версии блоков непрерывного смешивания могут быть изготовлены за относительно низкую стоимость по сравнению со стоимостью анализаторов и компрессора. [22] [23]
Соотношение газов в конкретной смеси выбирается так, чтобы обеспечить безопасную максимальную рабочую глубину и комфортную эквивалентную наркотическую глубину для запланированного погружения. Безопасные пределы для смеси газов в тримиксе обычно принимаются как максимальное парциальное давление кислорода (PO2 — 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 PO2 1,3 бар и эквивалентную наркотическую глубину 43 м (141 фут).
Хотя теоретически тримикс можно смешивать практически с любой комбинацией гелия и кислорода, появилось несколько «стандартных» смесей (например, 21/35, 18/45 и 15/55 — см. Правила наименования). Большинство этих смесей возникло из-за переливания заданного давления гелия в пустой баллон и последующего долива смеси 32% нитроксом. «Стандартные» смеси появились из-за трех совпадающих факторов — желания сохранить эквивалентную наркотическую глубину (END) смеси примерно на уровне 34 метров (112 футов), требования поддерживать парциальное давление кислорода на уровне 1,4 АТА или ниже в самой глубокой точке погружения и того факта, что многие дайвинг-центры хранили стандартный 32% нитрокс в банках, что упрощало смешивание. [24] Использование стандартных смесей позволяет относительно легко заправлять баллоны для дайвинга после погружения с использованием остаточной смеси — для пополнения остаточного газа от последней заправки требуются только гелий и запасной нитрокс.
Метод смешивания известной смеси нитрокса с гелием позволяет проводить анализ фракций каждого газа, используя только анализатор кислорода, поскольку отношение доли кислорода в конечной смеси к доле кислорода в исходном нитроксе дает долю нитрокса в конечной смеси, следовательно, доли трех компонентов легко вычисляются. Очевидно, что END смеси нитрокса и гелия на ее максимальной рабочей глубине (MOD) равен MOD одного нитрокса.
Heliair — это дыхательный газ, состоящий из смеси кислорода , азота и гелия , который часто используется во время глубокой фазы погружений, выполняемых с использованием технических методов дайвинга . Этот термин, впервые использованный Шеком Эксли , [25] в основном используется организацией Technical Diving International (TDI).
Он легко смешивается из гелия и воздуха и поэтому имеет фиксированное соотношение кислорода к азоту 21:79, а остаток состоит из переменного количества гелия. Иногда его называют «тримиксом для бедных», [25] [26], потому что его гораздо легче смешивать, чем смеси тримикса с переменным содержанием кислорода, поскольку все, что требуется, это ввести необходимое парциальное давление гелия, а затем дозаправить воздухом из обычного компрессора. Более сложный (и опасный) этап добавления чистого кислорода под давлением, необходимым для смешивания тримикса, отсутствует при смешивании гелиовоздушной смеси.
Смеси Heliair похожи на стандартные смеси Trimix, сделанные с гелием и Nitrox 32, но с более глубоким END на MOD. Heliair всегда будет иметь менее 21% кислорода и будет гипоксичным (менее 17% кислорода) для смесей с более чем 20% гелия.
Агентства по обучению и сертификации технических дайверов могут различать уровни квалификации тримикс-дайвинга. Обычно различают нормоксический тримикс и гипоксический тримикс, иногда также называемый полным тримиксом. Основное различие заключается в том, что при гипоксическом тримикс-дайвинге погружение не может быть начато на донной смеси, и процедуры использования дорожной смеси для первой части спуска и переключения газа во время спуска для избежания кислородного отравления добавляются к требуемым навыкам. Более длительная декомпрессия с использованием большего разнообразия смесей также может усложнить процедуры. При погружении с ребризером замкнутого цикла использование гипоксического разбавителя не позволяет дайверу проводить промывку разбавителя на небольшой глубине при дыхании из петли, так что это остается возможным на максимальной глубине погружения, где это может быть более критическим.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Аргон:0,016; Воздух:0,024; Гелий:0,142 Вт/мК
Цена на гелий в 2000 г. при стоимости единицы 10500 и цена на гелий в 2011 г. при стоимости единицы 15900 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 снижения содержания газа в разбавителях (гелии и азоте) была разработана технология, аналогичная Nitrox, называемая «гипероксическим тримиксом» или «высококислородным тримиксом» 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 )