Механизм регуляторов для дайвинга представляет собой расположение компонентов и функцию регуляторов давления газа , используемых в системах, которые подают дыхательные газы для подводного плавания . Как регуляторы свободного потока, так и регуляторы по требованию используют механическую обратную связь давления на выходе для управления открытием клапана, который управляет потоком газа со стороны высокого давления на выходе на сторону низкого давления каждой ступени. [1] Пропускная способность должна быть достаточной, чтобы поддерживать давление на выходе на максимальном уровне, а чувствительность должна быть подходящей для обеспечения максимального требуемого расхода при небольшом изменении давления на выходе и при большом изменении давления подачи без нестабильности потока. Регуляторы для подводного плавания с открытым контуром также должны обеспечивать подачу при переменном давлении окружающей среды. Они должны быть прочными и надежными, поскольку они являются оборудованием жизнеобеспечения, которое должно функционировать в относительно агрессивной морской среде, а взаимодействие с человеком должно быть комфортным в течение нескольких часов.
Регуляторы для дайвинга используют механически управляемые клапаны. [1] В большинстве случаев существует обратная связь по давлению окружающей среды как на первой, так и на второй ступени, за исключением случаев, когда этого избегают, чтобы обеспечить постоянный массовый поток через отверстие в ребризере , что требует постоянного абсолютного давления на входе . Регуляторы обратного давления используются в системах возврата газа для экономии дорогостоящих дыхательных газов на основе гелия при погружениях с подачей на поверхность и для управления безопасным выпуском выдыхаемого газа из встроенных дыхательных систем в барокамерах .
Детали регулятора описаны здесь как основные функциональные группы в порядке нисходящего потока газа от баллона до его конечного использования. Детали могут значительно различаться в зависимости от производителя и модели.
Регуляторы давления газа используются для различных целей при подаче и обработке дыхательных газов для дайвинга . Регуляторы понижения давления используются для снижения давления газа для подачи дайверу по требованию и в дыхательный аппарат открытого цикла свободного потока, в оборудовании ребризера и в процедурах смешивания газов . Регуляторы обратного давления используются в выхлопных системах встроенных дыхательных систем водолазных камер и при восстановлении использованного дыхательного газа на основе гелия для переработки. Некоторые из этих регуляторов должны работать под водой, другие в более щадящих условиях зоны поддержки на поверхности. Все должны работать последовательно и надежно, но некоторые являются частями критически важных для безопасности систем жизнеобеспечения , где единственная точка отказа не должна подвергать жизни риску.
.jpg/1280px-1964_US_DIVERS_type_%22J%22_scuba_cylinder_valve_(2).jpg)
Первая ступень регулятора акваланга может быть подключена к вентилю баллона одним из двух стандартных типов фитингов. Соединитель CGA 850, также известный как международный соединитель, который использует зажим хомута или резьбовой фитинг DIN для его подключения к вентилю баллона для дайвинга . Существуют также европейские стандарты для соединителей регуляторов акваланга для газов, отличных от воздуха. [2]
Соединители CGA 850 Yoke (иногда называемые A-образными зажимами из-за их формы) являются наиболее популярным соединением регулятора в Северной Америке и нескольких других странах. Они зажимают входное отверстие высокого давления регулятора напротив выходного отверстия клапана баллона и герметизируются уплотнительным кольцом в канавке на контактной поверхности клапана баллона. Пользователь закручивает зажим вручную, чтобы удерживать металлические поверхности клапана баллона и первой ступени регулятора в контакте, сжимая уплотнительное кольцо между радиальными поверхностями клапана и регулятора. Когда клапан открыт, давление газа прижимает уплотнительное кольцо к внешней цилиндрической поверхности канавки, завершая уплотнение. Дайвер должен быть осторожен, чтобы не закручивать хомут слишком сильно, иначе его может оказаться невозможно снять без инструментов. И наоборот, недостаточное затягивание может привести к выдавливанию уплотнительного кольца под давлением и значительной потере дыхательного газа. Это может стать серьезной проблемой, если это произойдет, когда дайвер находится на глубине. Хомутовые фитинги рассчитаны на максимальное рабочее давление 240 бар (3500 фунтов на кв. дюйм). [3]
Выход клапана CGA 850 находится на плоской поверхности корпуса клапана, внутри концентрической канавки для уплотнительного кольца с коническим углублением на противоположной поверхности корпуса клапана, соосной с канавкой для уплотнительного кольца. Хомут крепится вокруг корпуса клапана, а уплотнительная поверхность входного отверстия регулятора располагается над канавкой для уплотнительного кольца. Винт с коническим наконечником располагается в углублении и при затягивании прижимается к корпусу клапана и притягивает уплотнительную поверхность входного отверстия регулятора к уплотнительному кольцу. Этот винт должен быть затянут достаточно, чтобы поддерживать контакт металла с металлом между входным отверстием регулятора и корпусом клапана, когда клапан открыт при полном давлении в цилиндре и при нормальных рабочих нагрузках, включая незначительные удары и использование регулятора в качестве ручки для подъема комплекта, чтобы предотвратить выход уплотнения из строя из-за выдавливания уплотнительного кольца и последующей потери дыхательного газа. Винт также не должен быть перетянут, так как после использования его необходимо снять вручную. Жесткость хомута варьируется в зависимости от конструкции, затягивание производится вручную и остается на усмотрение пользователя. К счастью, механизм довольно терпим к изменению силы контакта. Когда клапан открыт, давление газа на уплотнительное кольцо прижимает его к внешней цилиндрической поверхности канавки и поверхности входного отверстия регулятора, сжимая уплотнительное кольцо к контактным поверхностям этих частей. Давление оказывает силу, отталкивающую регулятор от корпуса клапана, и если предварительная нагрузка винта недостаточна, эластичность зажима позволит образовать зазор между клапаном и регулятором, через который уплотнительное кольцо может быть выдавлено. Когда это происходит, потеря газа происходит быстро, и клапан необходимо закрыть, а зажим ослабить, уплотнительное кольцо осмотреть и, возможно, заменить. Восстановление из выдавленного уплотнительного кольца под водой часто невозможно, и может потребоваться аварийный выход к независимому источнику газа или аварийное всплытие . [ необходима цитата ]
Фитинг DIN — это тип резьбового соединения с клапаном баллона. Система DIN менее распространена во всем мире, но имеет преимущество в том, что выдерживает большее давление, до 300 бар, что позволяет использовать стальные баллоны высокого давления. Они менее подвержены разрыву уплотнительного кольца при ударе обо что-либо во время использования. Фитинги DIN являются стандартом в большей части Европы и доступны в большинстве стран. Фитинг DIN считается более надежным и, следовательно, более безопасным многими техническими дайверами . [4] : 117
Клапаны DIN выпускаются с номинальным давлением 232 бар и 300 бар. Количество резьб и детальная конфигурация соединений разработаны для предотвращения несовместимых комбинаций наполнителя или регулятора с клапаном баллона. [5]
Канавка под уплотнительное кольцо для герметизации выходного соединителя DIN 232 и 300 бар к клапану определена стандартом ISO 12209 как имеющая внутренний диаметр 12 мм и наружный диаметр 17 мм, изначально с глубиной канавки 1,9 мм, увеличенной до 2,0 мм в 2003 году. Спецификация уплотнительного кольца - внутренний диаметр 11,2 мм с диаметром сечения 2,65 мм. Это очень близко к кольцу имперского стандарта размера 112 с номинальными размерами 12,37 миллиметров (0,487 дюйма) x 2,62 миллиметра (0,103 дюйма), и это кольцо используется в большинстве регуляторов. Несколько производителей, таких как Apeks, Atomic и ScubaPro, используют немного меньшую канавку, которая лучше подходит для кольца размера 111 с номинальными размерами 10,77 миллиметров (0,424 дюйма) x 2,62 миллиметра (0,103 дюйма). Канавки Cressi и Poseidon ближе к оригинальному стандарту, а наилучшим подходящим уплотнительным кольцом является метрическое уплотнительное кольцо BS ISO 3601 с номинальными размерами 11,3 мм x 2,4 мм, для которого не существует стандартного имперского эквивалента. [6]
.jpg/1280px-Adaptor_(yoke_to_DIN).jpg)
Доступны адаптеры, позволяющие прикрепить первую ступень DIN к цилиндру с клапаном хомута (адаптер хомута или адаптер A-clamp), а также прикрепить первую ступень хомута к цилиндрическому клапану DIN (адаптер вилки и адаптер блока). [4] : 118
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 баллонов, предназначенные для баллонов аквалангов, содержащих газы, отличные от воздуха:
Большинство клапанов баллонов для подводного плавания в настоящее время относятся к типу K-клапанов, которые представляют собой простые завинчивающиеся двухпозиционные клапаны с ручным управлением. В середине 1960-х годов были широко распространены J-клапаны. J-клапаны содержат пружинный клапан, который ограничивает или перекрывает поток, когда давление в баллоне падает до 300-500 фунтов на квадратный дюйм, вызывая сопротивление дыханию и предупреждая дайвера о том, что у него или у нее опасно мало дыхательного газа. Резервный газ выпускается путем нажатия на резервный рычаг на клапане. J-клапаны вышли из моды с появлением манометров, которые позволяют дайверам отслеживать свой газ под водой, особенно потому, что клапанный тип уязвим для случайного выпуска резервного воздуха и увеличивает стоимость и обслуживание клапана. J-клапаны иногда все еще используются, когда работа выполняется в условиях настолько плохой видимости, что манометр не виден даже при свете фонаря. [4] : 167–178 [9] : Раздел 7.2.2 Большинство клапанов с боковым шпинделем являются правосторонними, что означает, что ручка находится с правой стороны водолаза, но также производятся левосторонние клапаны для коллекторных установок и других применений, где это более удобно. Также доступны клапаны с осевым шпинделем, где шпиндель лежит на оси резьбы, которая соединяет клапан с цилиндром, с ручкой сверху, и различные конфигурации с двойными выходами или соединениями для коллекторов акваланга .
Большинство современных регуляторов для дайвинга — это одношланговые двухступенчатые регуляторы давления. Они состоят из регулятора первой ступени и клапана давления второй ступени. Шланг низкого давления соединяет эти компоненты для передачи дыхательного газа и допускает относительное перемещение в пределах ограничений длины и гибкости шланга. Другие шланги низкого давления поставляют дополнительные компоненты по выбору.
Первая ступень регулятора крепится к клапану баллона или коллектору через один из стандартных соединителей (Yoke или DIN). Он снижает давление в баллоне до промежуточного давления , обычно примерно на 8–11 бар (120–160 фунтов на кв. дюйм) выше давления окружающей среды, также называемого межступенчатым давлением , средним давлением или низким давлением . Затем дыхательный газ подается на вторую ступень через шланг. [1] : 17–20
Сбалансированный регулятор первой ступени автоматически поддерживает постоянную разницу давлений между межступенчатым давлением и давлением окружающей среды, даже если давление в баке падает с потреблением. Сбалансированная конструкция регулятора позволяет отверстию первой ступени быть настолько большим, насколько это необходимо, без ухудшения производительности в результате изменения давления в баке. [1] : 17–20
Корпус регулятора первой ступени обычно имеет несколько выходов низкого давления (портов) для регуляторов второй ступени, инфляторов BCD и другого оборудования; и один или несколько выходов высокого давления, которые позволяют погружному манометру (SPG), газовому интегрированному дайвинг-компьютеру или дистанционному беспроводному датчику давления измерять давление в баллоне. Клапан может быть спроектирован таким образом, чтобы один порт низкого давления был обозначен как «Reg» для основного регулятора второй ступени, поскольку этот порт обеспечивает более высокую скорость потока, чтобы обеспечить меньшее усилие дыхания при максимальной потребности. Небольшое количество производителей выпустили регуляторы с большим, чем стандартный, диаметром шланга и порта для этого основного выхода. [10] : 50
Механизм внутри первой ступени может быть мембранного или поршневого типа. Оба типа могут быть сбалансированными или несбалансированными. Несбалансированные регуляторы имеют давление цилиндра, толкающее клапан первой ступени вверх по потоку закрытым, которому противодействует давление промежуточной ступени и пружина. По мере падения давления цилиндра закрывающая сила уменьшается, поэтому регулируемое давление увеличивается при более низком давлении в баллоне. Чтобы удерживать этот рост давления в приемлемых пределах, размер отверстия высокого давления ограничен, но это уменьшает общую пропускную способность регулятора. Сбалансированный регулятор сохраняет примерно одинаковую легкость дыхания на всех глубинах и давлениях, используя давление цилиндра также для косвенного противодействия открытию клапана первой ступени. [1] : 17–20
Некоторые компоненты поршневых первых ступеней проще в изготовлении и имеют более простую конструкцию, чем мембранные. Они могут нуждаться в более тщательном обслуживании, поскольку некоторые внутренние движущиеся части могут подвергаться воздействию воды и любых загрязняющих веществ в воде, поэтому могут быть более подвержены коррозии и накоплению грязи. [1] : 9–13
Поршень на первом этапе жесткий и действует непосредственно на седло клапана. Давление в промежуточной камере давления падает, когда дайвер вдыхает через клапан давления, это заставляет поршень подняться над неподвижным седлом клапана, когда поршень скользит в промежуточную камеру давления. Теперь открытый клапан позволяет газу высокого давления поступать в камеру низкого давления, пока давление в камере не поднимется достаточно, чтобы подтолкнуть поршень обратно в исходное положение против седла и, таким образом, закрыть клапан. [1] : 9–13
Первые ступени мембранного типа более сложны и имеют больше компонентов, чем поршневые. Их конструкция делает их особенно подходящими для погружений в холодной воде и для работы в соленой воде и воде, содержащей большое количество взвешенных частиц, ила или других загрязняющих материалов, поскольку единственными подвижными частями, подвергающимися воздействию воды, являются пружина открытия клапана и мембрана, все остальные части изолированы от окружающей среды. В некоторых случаях мембрана и пружина также изолированы от окружающей среды. [11] [1] : 9–13
Диафрагма представляет собой гибкую крышку для межступенчатой (промежуточной) камеры давления. Когда водолаз потребляет газ из второй ступени, давление в камере низкого давления падает, и диафрагма деформируется внутрь, надавливая на подъемник клапана. Это открывает клапан высокого давления, позволяя газу течь мимо седла клапана в камеру низкого давления. Когда водолаз прекращает вдыхать, давление в камерах низкого давления повышается, и диафрагма возвращается в нейтральное плоское положение и больше не давит на подъемник клапана, перекрывая поток до следующего вдоха. [1] : 9–13
Если ступень регулятора имеет архитектуру, которая компенсирует изменение давления на входе в подвижные части клапана, так что изменение давления подачи не влияет на усилие, необходимое для открытия клапана, ступень описывается как сбалансированная. Клапаны на входе и выходе, первая и вторая ступени, а также работа мембраны и поршня могут быть сбалансированными или несбалансированными, и полное описание ступени укажет, какой из всех этих вариантов применяется. Например, регулятор может иметь сбалансированную поршневую первую ступень со сбалансированной второй ступенью на выходе. Как сбалансированные, так и несбалансированные поршневые первые ступени довольно распространены, но большинство мембранных первых ступеней сбалансированы. Балансировка первой ступени оказывает большее общее влияние на производительность регулятора, поскольку изменение давления подачи из цилиндра намного больше, чем изменение межступенчатого давления, даже при несбалансированной первой ступени. Однако вторая ступень работает при очень небольшом перепаде давления и более чувствительна к изменениям давления подачи. Большинство регуляторов верхнего диапазона имеют по крайней мере одну сбалансированную ступень, но не ясно, оказывает ли балансировка обеих ступеней заметное влияние на производительность. [1] : 17–20
Шланг промежуточного давления, среднего давления или низкого давления используется для подачи дыхательного газа (обычно на 8–10 бар выше окружающего воздуха) от регулятора первой ступени ко второй ступени или клапану давления, который дайвер держит во рту или прикрепляет к полнолицевой маске или водолазному шлему. [4] : 88 Стандартный межступенчатый шланг имеет длину 30 дюймов (76 см), но для регуляторов Octopus стандартны шланги длиной 40 дюймов (100 см), а для технического дайвинга популярны шланги длиной 7 футов (2,1 м), особенно для проникновения в пещеры и затонувшие объекты , где из-за ограничений пространства может потребоваться плыть гуськом по одному, делясь газом. Доступны также и другие длины. Большинство портов низкого давления имеют резьбу 3/8" UNF, но несколько регуляторов продавались с одним портом 1/2" UNF, предназначенным для основного клапана давления. Порты высокого давления почти всегда имеют размер 7/16" UNF. Нет возможности подсоединить шланг к неправильному порту давления. [4] : 112
Вторая ступень, или клапан спроса, снижает давление подачи воздуха между ступенями до давления окружающей среды по требованию водолаза. Работа клапана запускается падением давления ниже по потоку, когда водолаз вдыхает. Разница давления на диафрагме, необходимая для начала открытия клапана, известна как давление открытия .
В верхнем клапане подвижная часть работает против давления и открывается в направлении, противоположном потоку газа. Они часто изготавливаются как наклонные клапаны, которые механически чрезвычайно просты и надежны, но не поддаются тонкой настройке. [4] : 14
Если первая ступень протекает, а промежуточная ступень избыточно давит, то автоматически открывается клапан второй ступени, что приводит к « свободному потоку ». При использовании клапана вверх по потоку результатом избыточного давления может стать засорение клапана. Это остановит подачу дыхательного газа и, возможно, приведет к разрыву шланга или отказу другого клапана второй ступени, например, того, который надувает плавучее устройство. При использовании клапана наклона второй ступени вверх по потоку производитель должен включить предохранительный клапан в регулятор первой ступени для защиты промежуточного шланга. [4] : 9
Если запорный клапан установлен между первой и второй ступенями, как это установлено в системах спасения акваланга, используемых для коммерческого дайвинга и в некоторых технических конфигурациях дайвинга, то клапан-требование обычно будет изолирован и не сможет функционировать как предохранительный клапан. В этом случае на первой ступени должен быть установлен клапан избыточного давления, если он еще не установлен. Поскольку очень немногие современные (2016) первые ступени регуляторов акваланга оснащены на заводе клапанами избыточного давления, они доступны в качестве дополнительных принадлежностей, которые можно ввинтить в любой порт низкого давления, доступный на первой ступени. [12]
Большинство современных клапанов с автоматическим управлением используют клапанный механизм с нисходящим потоком, а не с восходящим потоком. В нисходящем клапане подвижная часть клапана открывается в том же направлении, что и поток газа, и удерживается закрытой пружиной. Обычная форма нисходящего клапана представляет собой подпружиненный тарельчатый клапан с жестким эластомерным седлом, уплотняющим регулируемую металлическую «коронку» вокруг входного отверстия. Тарелка поднимается от коронки рычагом, управляемым диафрагмой. [4] : 13–15 Обычно используются две модели. Одна из них — классическая конструкция «тяни-толкай», в которой приводной рычаг надевается на конец вала клапана и удерживается гайкой. Любое отклонение рычага преобразуется в осевое натяжение вала клапана, поднимая седло с коронки и позволяя воздуху течь. [4] : 13 Другая — конструкция с бочкообразным тарельчатым клапаном, в которой тарелка заключена в трубку, которая пересекает корпус регулятора, а рычаг работает через прорези по бокам трубки. Дальний конец трубки доступен со стороны корпуса, и винт регулировки натяжения пружины может быть установлен для ограниченного водолазного контроля давления открытия. Такое расположение также позволяет относительно просто уравновесить давление второй ступени. [4] : 14, 18
Клапан ниже по потоку будет функционировать как клапан избыточного давления, когда промежуточное давление достаточно повышается, чтобы преодолеть предварительную нагрузку пружины. Если первая ступень протекает, а промежуточная ступень избыточно давит, клапан ниже по потоку второй ступени открывается автоматически. Если утечка сильная, это может привести к « свободному потоку », но медленная утечка, как правило, вызывает прерывистые «выскакивания» DV, поскольку давление сбрасывается и медленно нарастает снова. [4]
Некоторые клапаны с управляющим клапаном используют небольшой, чувствительный пилотный клапан для управления открытием главного клапана. Примерами этой технологии являются Poseidon Jetstream и Xstream , а также вторые ступени Oceanic Omega . Они могут обеспечивать очень высокие скорости потока при небольшом перепаде давления, и в частности при относительно небольшом давлении открытия или небольшой площади приводной диафрагмы. Они, как правило, более сложны и дороги в обслуживании. [4] : 16
Выпускные клапаны необходимы для предотвращения вдыхания воды дайвером и для создания отрицательной разницы давления на диафрагме для управления клапаном спроса. Выпускные клапаны должны работать при очень небольшой разнице давления и оказывать как можно меньшее сопротивление потоку, не будучи при этом громоздкими и громоздкими. Эластомерные грибовидные клапаны служат этой цели в достаточной степени, [4] : 108 хотя клапаны типа «утиный нос» также были распространены в двухшланговых регуляторах. Там, где важно избежать утечек обратно в регулятор, например, при погружении в загрязненную воду, система из двух наборов клапанов последовательно может снизить риск загрязнения. Более сложный вариант, который можно использовать для шлемов с поверхностной подачей, — это использование системы возврата выхлопа, которая использует отдельный регулятор потока для управления выхлопом, который возвращается на поверхность по специальному шлангу в шлангокабеле. [13] : 109
Выпускной коллектор (выпускной тройник, крышка выпускного отверстия, усы) — это воздуховод, который защищает выпускной клапан(ы) и отводит выдыхаемый воздух в стороны, чтобы он не пузырился в лице дайвера и не закрывал обзор. Это не обязательно для двухшланговых регуляторов, поскольку они выпускают воздух за плечи. [4] : 33
Стандартным приспособлением на вторых ступенях с одним шлангом, как удерживаемых ртом, так и встроенных в полнолицевую маску или шлем по требованию, является кнопка продувки, которая позволяет дайверу вручную отклонить диафрагму, чтобы открыть клапан и вызвать подачу воздуха в корпус. Обычно это используется для продувки корпуса или полнолицевой маски от воды, если они затоплены. Это часто происходит, если вторую ступень уронили или вынули изо рта под водой. [4] : 108 Это либо отдельная деталь, установленная в передней крышке, либо крышка может быть сделана гибкой и служить кнопкой продувки. Нажатие кнопки продувки нажимает на диафрагму непосредственно над рычагом клапана по требованию, и это движение рычага открывает клапан для выпуска воздуха через регулятор. [14] Язык может использоваться для блокировки загубника во время продувки, чтобы предотвратить попадание воды или других веществ из регулятора в дыхательные пути дайвера струей воздуха. Это особенно важно при продувке после рвоты через регулятор.
Кнопка продувки также используется дайверами-любителями для надувания буя-маркера с задержкой выхода на поверхность или подъемного мешка . Каждый раз, когда нажимается кнопка продувки, дайвер должен осознавать возможность свободного потока и быть готовым к нему. [15]
Может быть желательно, чтобы дайвер имел некоторый контроль над характеристиками потока клапана-автомата. Обычными регулируемыми аспектами являются давление открытия и обратная связь от расхода к внутреннему давлению корпуса второй ступени. Межступенчатое давление дыхательного аппарата с поверхностной подачей регулируется вручную на панели управления и не подстраивается автоматически под давление окружающей среды, как это делают большинство первых ступеней акваланга, поскольку эта функция контролируется обратной связью с первой ступенью от давления окружающей среды. Это приводит к тому, что давление открытия клапана-автомата с поверхностной подачей будет немного меняться с глубиной, поэтому некоторые производители предусматривают ручку ручной регулировки сбоку корпуса клапана-автомата для регулировки давления пружины на нижнем клапане, который управляет давлением открытия. Ручка известна коммерческим дайверам как «набор дыхания». Подобная регулировка предусмотрена на некоторых высококачественных клапанах-автоматах для акваланга, чтобы пользователь мог вручную настраивать дыхательное усилие на глубине [4] : 17
Клапаны подводного дыхания, настроенные на легкое дыхание (низкое давление открытия и низкая работа дыхания), могут иметь тенденцию к относительно легкому свободному потоку, особенно если поток газа в корпусе был разработан для того, чтобы помочь удерживать клапан открытым за счет снижения внутреннего давления. Давление открытия чувствительного клапана подводного дыхания часто меньше разницы гидростатического давления между внутренней частью заполненного воздухом корпуса и водой под диафрагмой, когда загубник направлен вверх. Чтобы избежать чрезмерной потери газа из-за непреднамеренной активации клапана, когда DV находится вне рта дайвера, некоторые вторые ступени имеют механизм десенсибилизации, который вызывает некоторое обратное давление в корпусе, препятствуя потоку или направляя его на внутреннюю часть диафрагмы. [4] : 21
«Двойная», «двойная» или «двух» конфигурация шланга клапана давления акваланга была первой в общем использовании. [16] Этот тип регулятора имеет две гофрированные дыхательные трубки большого диаметра . Одна трубка предназначена для подачи воздуха из регулятора в загубник, а вторая трубка доставляет выдыхаемый газ в точку, где давление окружающей среды идентично давлению мембраны давления, где он выпускается через резиновый односторонний клапан типа «утконос» и выходит из отверстий в крышке. Преимущества этого типа регулятора в том, что пузырьки оставляют регулятор позади головы дайвера, что увеличивает видимость, снижает шум и создает меньшую нагрузку на рот дайвера. Они остаются популярными у некоторых подводных фотографов , и Aqualung выпустила обновленную версию Mistral в 2005 году. [17] [18]
В оригинальном прототипе Aqua-Lung Кусто не было выпускного шланга, а выдыхаемый воздух выходил через односторонний клапан на загубнике . Он работал вне воды, но когда он испытывал акваланг в реке Марна, воздух свободно выходил из регулятора до того, как им можно было дышать, когда загубник находился над регулятором. После этого он установил вторую дыхательную трубку . Даже при установке обеих трубок поднятие загубника над регулятором увеличивает подаваемое давление газа, а опускание загубника уменьшает подаваемое давление и увеличивает сопротивление дыханию. В результате многие дайверы с аквалангом, когда они плавали с маской и трубкой на поверхности, чтобы сэкономить воздух по пути к месту погружения, помещали петлю шлангов под руку, чтобы загубник не всплывал, вызывая свободный поток.
В идеале подаваемое давление равно давлению покоя в легких дайвера, поскольку именно к этому приспособлены легкие человека. При наличии двухшлангового регулятора позади дайвера на уровне плеч подаваемое давление меняется в зависимости от ориентации дайвера. Если дайвер переворачивается на спину, давление выпущенного воздуха выше, чем в легких. Дайверы научились ограничивать поток, используя язык, чтобы закрыть загубник. Когда давление в баллоне было низким, а усилие потребности в воздухе росло, поворот на 90° в сторону помещал легкие и диафрагму регулятора на одну глубину и облегчал дыхание. Загубник можно продуть, подняв его над регулятором (мельче), что вызовет свободный поток. [19] : 341
Регуляторы с двумя шлангами были почти полностью заменены регуляторами с одним шлангом и стали устаревшими для большинства дайверов с 1980-х годов. [20]
Оригинальные двухшланговые регуляторы обычно не имели портов для аксессуаров, хотя некоторые имели порт высокого давления для погружного манометра. Некоторые более поздние модели имеют один или несколько портов низкого давления между ступенями, которые могут использоваться для подачи прямых потоков для надувания костюма или компенсатора плавучести и/или вторичного одношлангового клапана, а также порт высокого давления для погружного манометра. [19] Новый Mistral является исключением, поскольку он основан на первой ступени Aqualung Titan, которая имеет обычный набор портов. [17]
Двухшланговая компоновка с мундштуком или полнолицевой маской распространена в ребризерах , но как часть дыхательного контура, а не как часть регулятора. Связанный с ним клапан-распределитель, включающий аварийный клапан, представляет собой одношланговый регулятор.
Механизм двухшлангового регулятора упакован в обычно круглый металлический корпус, установленный на клапане баллона за шеей водолаза. Таким образом, компонент клапана спроса двухступенчатого двухшлангового регулятора устанавливается в том же корпусе, что и регулятор первой ступени, и для предотвращения свободного потока выпускной клапан должен быть расположен на той же глубине, что и диафрагма, и единственное надежное место для этого — в том же корпусе. Воздух проходит через пару гофрированных резиновых шлангов к мундштуку и от него. Подающий шланг подсоединен к одной стороне корпуса регулятора и подает воздух в мундштук через обратный клапан, а выдыхаемый воздух возвращается в корпус регулятора снаружи диафрагмы, также через обратный клапан с другой стороны мундштука и обычно через другой обратный выпускной клапан в корпусе регулятора — часто типа «утконос». [19]
Обратный клапан обычно устанавливается на дыхательных шлангах в месте их соединения с мундштуком. Это предотвращает попадание воды, попавшей в мундштук, в ингаляционный шланг и гарантирует, что после попадания в выдыхательный шланг она не сможет вернуться обратно. Это немного увеличивает сопротивление потоку воздуха, но облегчает очистку регулятора. [19] : 341
Некоторые ранние двухшланговые регуляторы имели одноступенчатую конструкцию. Первая ступень функционирует аналогично второй ступени двухступенчатых клапанов с регулируемым давлением, но подключается непосредственно к клапану цилиндра и снижает высокое давление воздуха из цилиндра непосредственно до давления окружающей среды по требованию. Это можно было сделать, используя более длинный рычаг и диафрагму большего диаметра для управления движением клапана, но существовала тенденция к изменению давления открытия и, следовательно, работы дыхания по мере падения давления в цилиндре. [19]
Полузамкнутые контурные ребризеры постоянного массового расхода нуждаются в подаче газа с постоянным давлением для питания звукового отверстия . Обычно это слегка модифицированные первые ступени акваланга открытого цикла с перекрытым входом давления окружающей среды. Подключение к баллону высокого давления такое же, как и для акваланга открытого цикла, поскольку баллоны и клапаны также предназначены для подводного использования.
Заслоненный поток — это эффект сжимаемого потока, связанный с эффектом Вентури . Когда текущий газ при заданном давлении и температуре проходит через сужение в среду с более низким давлением, скорость жидкости увеличивается. При изначально дозвуковых условиях на входе принцип сохранения массы требует, чтобы скорость жидкости увеличивалась по мере ее протекания через меньшую площадь поперечного сечения сужения. В то же время эффект Вентури приводит к уменьшению статического давления и, следовательно, плотности в сужении. Заслоненный поток — это предельное условие, при котором массовый расход не будет увеличиваться при дальнейшем уменьшении давления на выходе при фиксированном давлении и температуре на входе. Для однородных жидкостей физическая точка, в которой происходит засорение для адиабатических условий, — это когда скорость выходной плоскости находится в звуковых условиях; т. е. при числе Маха 1. [21] [22] [23] При заслоненном потоке массовый расход может быть увеличен только за счет увеличения плотности на входе и в точке засорения.
Заслоненный поток газов полезен для подачи газа в полузамкнутый контур ребризера, поскольку массовый расход не зависит от давления на выходе и зависит только от температуры и давления, а следовательно, от плотности газа на стороне входа ограничения и геометрии ограничения. В условиях заслоненного потока клапаны и калиброванные диафрагмы могут использоваться для получения желаемого массового расхода.
Регуляторы, используемые для подачи дыхательных газов с поверхности из систем хранения высокого давления на газовую панель для дайвинга, представляют собой обычные промышленные регуляторы снижения давления, способные обеспечить необходимую скорость потока. Подключение к баллонам высокого давления осуществляется в соответствии с национальной практикой для промышленных систем газа высокого давления для соответствующих газов.
Дыхательный газ с поверхностной подачей может подаваться в шлем свободного потока или шлем с подачей по требованию, и газ может быть либо сброшен в окружающую среду при давлении окружающей среды, либо возвращен на поверхность для переработки, если это экономически желательно. Системы свободного потока требуют относительно высокой скорости потока, поскольку газ непрерывно подается в шлем, и дайвер дышит из него, когда он проходит через него. Скорость потока должна быть достаточной для предотвращения повторного вдыхания выдыхаемого газа из мертвого пространства шлема и должна обеспечивать максимальную скорость вдыхаемого потока на глубине. Скорость потока шлема с подачей по требованию также должна обеспечивать максимальную скорость вдыхаемого потока, но это происходит только периодически во время цикла дыхания, а средний поток намного меньше. Регулятор должен быть способен на ту же максимальную скорость потока, но охлаждающий эффект намного меньше для обслуживания по требованию.
Клапаны спроса, используемые на водолазных шлемах с поверхностной подачей и полнолицевых масках, работают по тем же принципам, что и клапаны спроса второй ступени акваланга с одним шлангом, и в некоторых случаях могут быть тем же блоком с другим корпусом, совместимым с конкретной маской или шлемом. Клапаны спроса, используемые с газом, подаваемым с поверхности, обычно имеют подачу, которая не всегда находится под тем же давлением, что и давление окружающей среды, поэтому обычно имеют ручку регулировки давления срабатывания, известную в отрасли как «наберите дыхание». Дыхательный газ подается с поверхности или панели колокола газа через шланг подачи дыхательного газа в шланге водолаза , который обычно использует фитинг JIC-6 или 9/16 UNF на конце шланга водолаза, который обычно имеет отверстие 3/8". [24]
Очень похожее применение — регулирование давления газа из бортовых баллонов аварийного хранения газа высокого давления открытого или закрытого водолазного колокола. Регулятор в этих случаях должен быть доступен для звонаря, поэтому он обычно устанавливается на газовой панели колокола. В этом применении регулятор подвергается тому же давлению окружающей среды, что и водолазы в колоколе. Давление от бортового газа обычно поддерживается чуть ниже давления подачи на поверхность, так что оно автоматически включится, если давление подачи на поверхность откажет. [25]
Шлемы Reclaim используют систему подачи на поверхность для подачи дыхательного газа водолазу таким же образом, как и в шлемах открытого цикла, но также имеют систему возврата для возврата и переработки выдыхаемого газа для экономии дорогостоящего гелиевого разбавителя, который в противном случае был бы сброшен в окружающую воду и потерян в системе открытого цикла. Восстановленный газ возвращается на поверхность через шланг в шлангокабеле, который предусмотрен для этой цели, проходит через скруббер для удаления углекислого газа, а затем может быть повторно сжат и смешан с кислородом до необходимой смеси перед хранением для последующего использования. [26] [27]
Чтобы обеспечить безопасный сброс выхлопных газов из шлема в возвратный шланг с давлением ниже давления окружающей среды, он должен пройти через регулятор выхлопа, известный как регулятор возврата, который работает по принципу регулятора обратного давления , активируемого разницей давления между внутренней частью шлема и давлением окружающей среды. Регулятор возврата может быть двухступенчатым клапаном для более низкого сопротивления и, как правило, будет иметь ручной перепускной клапан, который позволяет выхлопу попадать в окружающую воду в случае неисправности регулятора. Шлем будет иметь аварийный клапан залива, чтобы предотвратить возможный отказ регулятора выпуска, вызывающий сдавливание шлема или баротравму легких, прежде чем дайвер сможет обойти его вручную, хотя клапан спроса обычно будет достаточно компенсировать. Клапан залива позволяет воде поступать в шлем, если внутреннее давление падает ниже его разности давлений открытия. Риск утопления в случае затопления шлема ниже, чем риск серьезной травмы, вызванной сдавливанием шлема или баротравмой легких, если клапан возврата застрянет в открытом положении и будет недостаточно потока входящего газа для того, чтобы справиться с всасыванием выхлопных газов. После обхода регулятора возврата воды дайвер должен спустить воду из шлема с помощью продувочного клапана или клапана свободного потока, а затем использовать шлем в режиме открытого цикла. [28]
Поток регенерированного газа в систему обработки наверху обычно проходит через регулятор обратного давления в колоколе и еще один на входе в систему обработки. Они гарантируют, что давление в линии регенерированного шланга будет примерно на 1 бар ниже окружающего у водолаза и на 2 бара ниже окружающего у водолаза в шлангокабеле колокола. [26]
Встроенная система дыхания — это источник дыхательного газа, установленный в замкнутом пространстве, где может потребоваться альтернатива окружающему газу для медицинского лечения, экстренного использования или для минимизации опасности. Они находятся в водолазных камерах , барокамерах [9] и подводных лодках . [29] [30 ]
Использование в гипербарических лечебных камерах обычно заключается в подаче обогащенного кислородом лечебного газа, который при использовании в качестве атмосферы камеры представлял бы неприемлемую опасность возгорания . [31] [32] В этом применении отработанный газ выводится за пределы камеры. [31] В камерах для насыщенного погружения и поверхностной декомпрессионной камере применение аналогично, но дополнительной функцией является подача пригодного для дыхания газа в случае токсического загрязнения атмосферы камеры. [31] Эта функция не требует внешней вентиляции, но то же самое оборудование обычно используется для подачи обогащенных кислородом газов, поэтому они, как правило, выводятся наружу. [ необходима ссылка ]
Это системы, используемые для подачи дыхательного газа по требованию в камеру, которая находится под давлением, превышающим давление окружающей среды за пределами камеры. [31] Разница давлений между камерой и внешним давлением окружающей среды позволяет выпустить выдыхаемый газ во внешнюю среду, но поток должен контролироваться так, чтобы через систему выпускался только выдыхаемый газ, и он не сливал содержимое камеры наружу. Это достигается с помощью управляемого выпускного клапана, который открывается, когда небольшое избыточное давление относительно давления камеры на выпускной диафрагме перемещает клапанный механизм против пружины. Когда это избыточное давление рассеивается газом, вытекающим через выпускной шланг, пружина возвращает этот клапан в закрытое положение, отсекая дальнейший поток и сохраняя атмосферу камеры. Отрицательная или нулевая разница давлений на выпускной диафрагме будет держать ее закрытой. Выпускная диафрагма подвергается давлению камеры с одной стороны и давлению выдыхаемого газа в ороназальной маске с другой стороны. Это форма регулятора обратного давления. Подача газа для вдыхания осуществляется через клапан-расходомер, который работает по тем же принципам, что и обычный клапан-расходомер для дайвинга второй ступени. Как и в любом другом дыхательном аппарате, мертвое пространство должно быть ограничено, чтобы минимизировать накопление углекислого газа в маске. [ необходима цитата ]
Регуляторы BIBS для гипербарических камер имеют двухступенчатую систему у водолаза, похожую на шлемы для восстановления, хотя для этого применения выпускной регулятор сбрасывает выдыхаемый газ через выпускной шланг в атмосферу за пределами камеры. В некоторых случаях выпускное всасывание должно быть ограничено, и может потребоваться дополнительный регулятор обратного давления , устройство, которое поддерживает заданное давление выше себя. Это обычно имеет место для использования в системе насыщения. Использование для кислородной терапии и поверхностной декомпрессии на кислороде, как правило, не требует регулятора обратного давления, поскольку давление в камере относительно низкое. [33] Когда BIBS с внешней вентиляцией используется при низком давлении в камере, может потребоваться вакуумная помощь, чтобы удерживать обратное давление выдоха на низком уровне, чтобы обеспечить приемлемую работу дыхания . [31]
Основное применение этого типа BIBS — подача дыхательного газа с другим составом, чем в атмосфере камеры, для людей, находящихся в барокамере, где атмосфера камеры контролируется, и загрязнение газом BIBS может стать проблемой. [31] Это распространено при терапевтической декомпрессии и гипербарической оксигенотерапии, где более высокое парциальное давление кислорода в камере может представлять неприемлемую опасность возгорания и потребует частой вентиляции камеры для поддержания парциального давления в приемлемых пределах. Частая вентиляция шумная и дорогая, но может использоваться в экстренных случаях. [32]
Существует несколько способов, которыми регулятор для дайвинга может выйти из строя. В этом разделе в основном будут рассмотрены неисправности регуляторов в подводной среде, но регуляторы подачи газа на поверхность также могут выйти из строя. Большинство неисправностей регулятора связаны с неправильной подачей дыхательного газа или попаданием воды в подачу газа. Существует два основных режима отказа подачи газа, когда регулятор перекрывает подачу, что случается крайне редко, и свободный поток, когда подача не прекращается и может быстро исчерпать запас акваланга. [10]
Вход в клапан цилиндра может быть защищен спеченным фильтром, а вход в первую ступень обычно защищен фильтром, чтобы предотвратить попадание продуктов коррозии или других загрязняющих веществ в цилиндре в мелкодисперсные зазоры в подвижных частях первой и второй ступени и заклинивание их, как в открытом, так и в закрытом состоянии. Если в эти фильтры попадет достаточно грязи, они сами могут быть заблокированы в достаточной степени, чтобы снизить производительность, но вряд ли приведут к полному или внезапному катастрофическому отказу. Фильтры из спеченной бронзы также могут постепенно засоряться продуктами коррозии, если они намокнут от морской воды. Засорение входного фильтра станет более заметным по мере падения давления в цилиндре. Эти фильтры может заменить специалист по обслуживанию, и часто их регулярно меняют во время ежегодного обслуживания. [34]
Движущиеся части первой и второй ступеней имеют малые допуски в некоторых местах, и некоторые конструкции более восприимчивы к загрязняющим веществам, вызывающим трение между движущимися частями. Это может увеличить давление открытия, уменьшить расход, увеличить работу дыхания или вызвать свободный поток, в зависимости от того, какие части затронуты. Эти проблемы обычно требуют разборки и очистки регулятора, обычно с использованием нагретого травильного раствора в ультразвуковой ванне , промывки, сушки, смазки, повторной сборки и повторной калибровки.
Любая из ступеней может застрять в открытом положении, вызывая непрерывный поток газа из регулятора, известный как свободный поток. Это может быть вызвано рядом причин, некоторые из которых можно легко устранить, другие — нет. Возможные причины включают падение в воду или изо рта с поднятым мундштуком при установке на максимальную чувствительность, неправильную настройку межступенчатого давления, неправильное натяжение пружины клапана второй ступени, поврежденный или застрявший тарельчатый клапан, поврежденное седло клапана, замерзание клапана, неправильную настройку чувствительности на поверхности и в сервоприводных вторых ступенях Poseidon, низкое межступенчатое давление. Корректирующее действие может заключаться в том, чтобы просто снизить чувствительность, когда фактически не дышите через нее, в противном случае это обычно включает в себя проверку межступенчатого давления, настройку его в соответствии со спецификациями и регулировку давления открытия до указанного значения. Если это не помогает, обычно необходимо разобрать и отремонтировать регулятор, а также заменить все изношенные или поврежденные детали. [34]
Это медленная утечка клапана первой ступени. Эффект заключается в том, что межступенчатое давление растет до тех пор, пока не будет сделан следующий вдох, или пока давление не окажет большее усилие на клапан второй ступени, чем может выдержать пружина, и клапан ненадолго открывается, часто с хлопком, чтобы сбросить давление. Частота хлопкового сброса давления зависит от потока во второй ступени, обратного давления, натяжения пружины второй ступени и величины утечки. Она может варьироваться от случайных громких хлопков до постоянного шипения. Под водой вторая ступень может быть заглушена водой, и громкие хлопки могут стать прерывистым или постоянным потоком пузырьков. Это обычно не является катастрофическим режимом отказа, но его следует устранить, так как он будет ухудшаться, и это приведет к потере газа. В регуляторах клапана вверх по потоку или регуляторах с изолирующим клапаном на второй ступени, таких как аварийный клапан на шлеме с поверхностным питанием или полнолицевой маске, эта функция предохранительного клапана второй ступени может быть недоступна, и предохранительный клапан давления на первой ступени необходим для предотвращения повышения давления в шланге до тех пор, пока он не лопнет. [34] Причинами такой утечки являются плохое уплотнительное кольцо между седлом клапана и корпусом регулятора или между штоком клапана и корпусом регулятора, что легко устраняется заменой уплотнительного кольца, грязь на уплотнительной поверхности между головкой клапана и седлом, повреждение или чрезмерный износ уплотнительной поверхности седла и трещины в корпусе седла. Седло обычно изготавливается из твердого пластика и обычно заменяемо. Головка клапана может быть неотъемлемой частью корпуса клапана или заменяемой частью, обычно металлической. [4] [19]
Замерзание регулятора — это неисправность регулятора для дайвинга , при которой образование льда на одной или обеих ступенях приводит к неправильной работе регулятора. Возможны несколько типов неисправностей, включая заклинивание клапанов первой или второй ступени в любом положении от закрытого до, что чаще всего, полностью открытого, что может привести к свободному потоку, способному опорожнить баллон для дайвинга за считанные минуты, образование льда в отверстии выпускного клапана, вызывающее утечку воды в загубник, и попадание осколков льда во вдыхаемый воздух, который может быть вдыхаем дайвером, что может вызвать ларингоспазм . [35]
Когда воздух расширяется во время снижения давления в регуляторе, температура падает, и тепло поглощается из окружающей среды. [36] Хорошо известно, что в водах с температурой ниже 10 °C (50 °F) использование регулятора для надувания подъемной сумки или для продувки регулятора под водой в течение всего нескольких секунд приведет к тому, что многие регуляторы начнут свободно течь, и они не остановятся, пока подача воздуха в регулятор не будет прекращена. Некоторые дайверы, занимающиеся подводным плаванием в холодной воде, устанавливают запорные клапаны челночного типа (плавающий режим) на каждом регуляторе второй ступени, так что если вторая ступень замерзнет, воздух низкого давления может быть перекрыт для замерзшей второй ступени, что позволит им переключиться на альтернативную вторую ступень и прервать погружение. [35]
Наиболее известным эффектом замерзания регулятора является то, что клапан подачи воздуха второй ступени начинает свободно течь из-за образования льда вокруг механизма впускного клапана, который не дает клапану закрыться после вдоха. Помимо проблемы свободного потока из-за обледенения второй ступени, менее известной проблемой является образование свободного льда, когда лед образуется и накапливается внутри второй ступени, но не приводит к свободному течению регулятора, и дайвер может не знать, что там есть лед. Это свободное накопление льда внутри второй ступени может оторваться в виде щепки или куска и представлять значительную опасность удушья, поскольку лед может быть вдохнут. Это может быть особой проблемой для регуляторов, имеющих внутренние поверхности, сбрасывающие лед, которые имеют тефлоновое покрытие, что позволяет льду отрываться от внутренних поверхностей и помогает предотвратить свободное течение регулятора, очищая его от льда. Это может быть полезно для поддержания свободного движения механизма клапана подачи воздуха, но лед все равно образуется в регуляторе и должен куда-то уйти, когда он отрывается. При вдыхании кусочек льда может вызвать ларингоспазм или сильный приступ кашля. [35]
В большинстве регуляторов второй ступени для подводного плавания лед образуется и накапливается на внутренних компонентах, таких как рычаг привода клапана, трубка корпуса клапана и тарельчатый клапан впуска, зазор между рычагом и точкой опоры уменьшается и в конечном итоге заполняется образовавшимся льдом, что не позволяет впускному отверстию полностью закрыться во время выдоха. Как только клапан начинает протекать, компоненты второй ступени становятся еще холоднее из-за охлаждающего эффекта непрерывного потока, создавая больше льда и еще больший свободный поток. В некоторых регуляторах охлаждающий эффект настолько велик, что вода вокруг выпускного клапана замерзает, уменьшая поток выхлопа и увеличивая усилие выдоха и создавая положительное давление в корпусе клапана, что затрудняет выдох через регулятор. Это может привести к тому, что дайвер ослабит хватку на загубнике и выдохнет вокруг загубника. [35]
С некоторыми регуляторами, как только регулятор начинает работать в режиме свободного потока, поток переходит в режим полного свободного потока и подает воздух водолазу при температуре, достаточно низкой, чтобы заморозить ткани рта за короткое время. Эффект увеличивается с глубиной, и чем глубже водолаз, тем быстрее будет теряться дыхательный газ. В некоторых случаях гибели водолаза в холодной воде к моменту извлечения тела водолаза в баллоне не остается газа, а регулятор нагревается и растапливает лед, уничтожая улики, что приводит к выводу о смерти от утопления из-за нехватки газа, но без первоначальной причины неисправности регулятора. [35]
Когда газ высокого давления проходит через первую ступень регулятора, падение давления от давления в цилиндре до межступенчатого давления вызывает падение температуры по мере расширения газа . Чем выше давление в цилиндре, тем больше падение давления и тем холоднее становится газ в шланге низкого давления на второй ступени. Увеличение потока увеличит количество потерянного тепла, и газ станет холоднее, так как теплопередача от окружающей воды ограничена. Если скорость дыхания низкая или умеренная (от 15 до 30 л/мин), риск образования льда меньше. [35]
Факторы, влияющие на образование льда: [35]
Если давление в баллоне составляет 2500 фунтов на квадратный дюйм (170 бар) или более, а поток достаточно большой (от 50 до 62,5 л/мин), внутри большинства регуляторов второй ступени часто образуется лед, даже в воде температурой от 7,2 до 10 °C (от 45,0 до 50,0 °F). Как только температура воды падает ниже 4,4 °C (39,9 °F), возможность образования льда во второй ступени становится значительным риском и должна быть рассмотрена перед началом тяжелых упражнений, заполнением компенсатора плавучести или любой другой деятельностью, требующей существенного потока воздуха. В воде температурой от 7,2 до 10 °C (от 45,0 до 50,0 °F) большинство регуляторов покроются льдом, если дайвер будет агрессивно продувать регулятор в течение всего 5–10 секунд, чтобы наполнить небольшую подъемную сумку. По этой причине важным правилом при погружениях в холодной воде является никогда намеренно не допускать свободного потока в регуляторе. [35]
Как только температура воды падает ниже 3,3 °C (37,9 °F), в воде становится недостаточно тепла, чтобы повторно нагреть компоненты второй ступени, охлаждаемые холодным газом из первой ступени, и большинство вторых ступеней начинают образовывать лед. [35]
Холодный промежуточный воздух поступает во вторую ступень и понижается до давления окружающей среды, что охлаждает его еще больше, поэтому он охлаждает компоненты впускного клапана второй ступени до температуры значительно ниже нуля, и когда дайвер выдыхает, влага в выдыхаемом воздухе конденсируется на холодных компонентах и замерзает. Тепло от окружающей воды может поддерживать компоненты регулятора второй ступени достаточно теплыми, чтобы предотвратить образование льда. Выдыхаемый дайвером воздух при температуре от 29 до 32 °C (от 84 до 90 °F) не имеет достаточно тепла, чтобы компенсировать охлаждающий эффект расширяющегося входящего воздуха, когда температура воды намного ниже 4 °C (39 °F), а как только температура воды падает ниже 4 °C (39 °F), в воде недостаточно тепла, чтобы достаточно быстро согреть компоненты регулятора, чтобы влага в выдыхаемом воздухе дайвера не замерзла, если дайвер тяжело дышит. Вот почему предел холодной воды CE составляет 4 °C (39 °F), что является точкой, при которой многие регуляторы для подводного плавания начинают удерживать свободный лед. [35]
Чем дольше газ расширяется с высокой скоростью, тем больше холодного газа производится, и при заданной скорости повторного нагрева тем холоднее станут компоненты регулятора. Поддержание высоких скоростей потока в течение как можно более короткого времени минимизирует образование льда. [35]
Воздух из баллона для дайвинга подвергается резкому снижению давления — до 220 бар (3200 фунтов на кв. дюйм) от полного баллона на 230 бар (3300 фунтов на кв. дюйм) и до 290 бар (4200 фунтов на кв. дюйм) от полного баллона на 300 бар (4400 фунтов на кв. дюйм) на поверхности — при прохождении через первую ступень регулятора. Это снижает температуру воздуха, и тепло поглощается компонентами регулятора. Поскольку эти компоненты в основном металлические и, следовательно, являются хорошими проводниками тепловой энергии, корпус регулятора быстро охладится до температуры ниже окружающей среды. Газ, выходящий из первой ступени, всегда будет холоднее воды, как только газ в баллоне достигнет температуры воды, поэтому при погружении в воду во время погружения вода, окружающая регулятор, охлаждается, и, если эта вода уже очень холодная, она может замерзнуть. [37] [35]
Две вещи могут вызвать замерзание первой ступени. Менее распространенным является внутреннее замерзание из-за избыточной влажности газа. Большинство систем фильтрации компрессора дыхательного воздуха высокого давления обеспечивают воздух с точкой росы ниже −40 °C (−40 °F). Внутреннее замерзание первой ступени может произойти, если содержание влаги выше точки росы из-за того, что сепараторы компрессора наполнения и фильтрующие материалы не обслуживаются должным образом.
Более распространенной причиной замерзания первой ступени является внешнее замерзание окружающей воды вокруг внешней стороны первой ступени. Это может произойти в воде с температурой ниже 4,4 °C (39,9 °F), если скорость потока и давление подачи в цилиндре высокие. Более холодная вода и высокая скорость потока увеличивают риск обледенения первой ступени. Наиболее эффективные конструкции первой ступени для холодной воды имеют большую площадь поверхности и хорошую теплопроводность, что обеспечивает более быструю передачу тепла от окружающей воды. Поскольку лед образуется и уплотняется на внешней стороне первой ступени, это еще больше снижает теплопередачу, поскольку лед является плохим проводником тепла, а в воде с температурой 1,6 °C (34,9 °F) или ниже может быть недостаточно тепла, чтобы растопить лед на первой ступени быстрее, чем он образуется при скорости потока 40 л/мин или более. Толстому слою льда потребуется некоторое время, чтобы растаять даже после остановки потока газа, даже если первая ступень остается в воде. Замерзание первой ступени может быть большей проблемой в пресной воде, поскольку лед из пресной воды сложнее растопить, чем лед из морской воды. [35]
Если вода, находящаяся в непосредственном контакте с механизмом передачи давления (мембрана или поршень и пружина, уравновешивающая внутреннее давление) или через измерительные порты поршневой первой ступени регулятора, замерзает, обратная связь по давлению окружающей среды теряется, и механизм будет заблокирован в положении, в котором происходит замерзание, которое может быть любым между закрытым и полностью открытым, поскольку лед будет препятствовать движению, необходимому для управления давлением на выходе. Поскольку охлаждение происходит во время потока через регулятор, замерзание обычно происходит, когда клапан первой ступени открыт, и это замораживает клапан в открытом состоянии, обеспечивая непрерывный поток через первую ступень. Это приведет к повышению межступенчатого давления до тех пор, пока не откроется вторая ступень, чтобы сбросить избыточное давление, и регулятор будет свободно течь с довольно постоянной скоростью, что может быть огромным свободным потоком или недостаточным для обеспечения дыхательного газа для удовлетворения потребности. Если вторая ступень отключена, предохранительный клапан давления на первой ступени откроется или шланг или фитинг низкого давления лопнут. Все эти эффекты позволят потоку через первую ступень продолжаться, поэтому охлаждение будет продолжаться, и это будет удерживать лед, вызывающий проблему, замороженным. Чтобы разорвать цикл, необходимо остановить поток газа на входе или подвергнуть лед воздействию источника тепла, способного его растопить. Под водой вряд ли найдется источник тепла, чтобы растопить лед, и остановка потока является единственным вариантом. Очевидно, что поток прекратится, когда давление в цилиндре упадет до окружающего, но это нежелательно, так как это означает полную потерю дыхательного газа. Другой вариант — закрыть клапан цилиндра, отключив давление в источнике. Как только это будет сделано, лед обычно растает, поскольку тепло из окружающей воды поглощается немного более холодным льдом, и как только лед растает, регулятор снова заработает. [37] [35]
Этого замерзания можно избежать, предотвращая прямой контакт воды с охлаждаемыми движущимися частями механизма регулятора, [38] [39] [40] или увеличивая поток тепла из окружающей среды, чтобы не произошло замерзания. [41] Обе стратегии используются при проектировании регулятора. [35]
Регуляторы для подводного плавания со слоями пластика снаружи непригодны для использования в холодной воде. Изоляция первой или второй ступени препятствует повторному согреванию от окружающей воды и ускоряет замерзание. [35]
Комплекты изоляции окружающей среды на большинстве первых ступеней могут помочь в некоторой степени, по крайней мере, на время текущих испытаний дыхательного симулятора CE. Замораживание первой ступени обычно занимает больше времени, чем замораживание второй ступени. Большинство первых ступеней могут подавать 62,5 л/мин в течение как минимум пяти минут при 1,6 °C (34,9 °F) на глубине до 57 msw (190 fsw) без замерзания, но если вторая ступень начинает высокоскоростной свободный поток, первая ступень, как правило, быстро замерзает и теряет обратную связь по давлению окружающей среды. [35]
Регуляторы первой ступени, погруженные в воду при той же температуре, использующие то же давление подачи, межступенчатое давление и расход, будут производить ту же температуру нагнетаемого газа, в пределах 1 или 2 градусов, в зависимости от проводимости корпуса клапана. [35]
При каждом вдохе происходит резкое падение давления от давления в цилиндре, обычно составляющего от 230 до 50 бар, до межступенчатого давления, обычно примерно на 8 бар выше давления окружающей среды. Если температура воды составляет около 0–2 °C (от 32 до 36 °F), а скорость дыхания высокая — 62,5 л/мин, межступенчатая температура составит около −27–−28 °C (−17–−18 °F), что значительно ниже точки замерзания воды. К тому времени, как воздух пройдет через стандартный шланг длиной 700–800 миллиметров (от 28 до 31 дюйма) до второй ступени, он нагреется только до примерно −11 °C (12 °F), что все еще ниже точки замерзания. Во время расширения через вторую ступень произойдет меньшее дальнейшее охлаждение. [35]
Воздух и охлажденные компоненты второй ступени будут достаточно холодными, чтобы заморозить влагу в выдыхаемом воздухе, что может привести к образованию слоя льда на внутренней стороне второй ступени. Более высокое давление в цилиндре приведет к образованию более холодного воздуха во время расширения первой ступени. Продувка в течение трех-пяти секунд из цилиндра на 200 бар в воде температурой от 0 до 2 °C (от 32 до 36 °F) может вызвать температуру ниже −31 °C (−24 °F) на первой ступени и −20 °C (−4 °F) на входе во вторую ступень. [35]
В воде с температурой 10 °C (50 °F) или ниже, давлением в баллоне 170 бар (2500 фунтов на кв. дюйм) и дыханием со скоростью 50 л/мин) или выше температура воздуха, поступающего во вторую ступень, может быть значительно ниже точки замерзания, и чем выше давление в баллоне, тем холоднее становится воздух. [35] В воде с температурой ниже 4,4 °C (39,9 °F) вероятность образования и нарастания льда на второй ступени значительно увеличивается, особенно если скорость дыхания превышает 50 л/мин. Свободный поток, вызванный замерзанием, часто будет увеличиваться по интенсивности до тех пор, пока регулятор не сбросит большое количество воздуха, увеличивая усилие выдоха и сильно затрудняя дыхание. Массовый расход воздуха увеличивается с глубиной и напряжением, а температура соответственно снижается. Более длинный промежуточный шланг позволит немного больше подогревать промежуточный газ до того, как он достигнет клапана второй ступени, хотя подогрев не совсем пропорционален длине шланга, а материал шланга не является особенно хорошим проводником тепла. [35]
Температура воздуха надо льдом может быть значительно ниже, чем температура воды подо льдом, а удельная теплоемкость воздуха намного меньше, чем у воды. Как следствие, при выходе из воды происходит меньший нагрев корпуса регулятора и межступенчатого газа, и возможно дальнейшее охлаждение. Это увеличивает риск обледенения второй ступени, а газ в цилиндре может быть достаточно охлажден для конденсации остаточной влаги во время расширения первой ступени, поскольку расширяющийся газ может охладиться ниже точки росы -50 °C (-58 °F), указанной для дыхательного газа высокого давления, что может вызвать внутреннее обледенение первой ступени. Этого можно избежать, ограничив дыхание из установки на холодном воздухе до минимума. [42]
Аналогичный эффект происходит со второй ступенью. Воздух, который уже расширился и охладился на первой ступени, снова расширяется и охлаждается дальше на клапане спроса второй ступени. Это охлаждает компоненты второй ступени, и вода, соприкасающаяся с ними, может замерзнуть. Металлические компоненты вокруг подвижных частей механизма клапана обеспечивают передачу тепла от окружающей немного более теплой воды и от выдыхаемого дайвером воздуха, который значительно теплее окружающей среды. [37]
Замерзание на второй ступени может быстро развиться из-за влаги в выдыхаемом воздухе, поэтому регуляторы, которые предотвращают или уменьшают контакт выдыхаемого дайвером воздуха с более холодными компонентами и областью, куда входит холодный газ, обычно будут образовывать меньше льда на критических компонентах. Теплопередающие качества материалов также могут существенно влиять на образование льда и риск замерзания. Регуляторы с выпускными клапанами, которые плохо герметизируются, будут быстро образовывать лед, поскольку окружающая вода просачивается в корпус. Все вторые ступени могут образовывать лед, когда средняя температура входящего газа ниже −4 °C (25 °F), и это может произойти при температуре воды до 10 °C (50 °F). Образующийся лед может вызвать или не вызвать свободный поток, но любой лед внутри корпуса регулятора может представлять опасность для вдыхания. [35]
Замерзание второй ступени также может произойти при открытом клапане, вызывая свободный поток, который может ускорить замерзание первой ступени, если его немедленно не остановить. Если поток через замороженную вторую ступень можно остановить до того, как замерзнет первая ступень, процесс можно остановить. Это может быть возможно, если вторая ступень оснащена запорным клапаном, но если это сделано, первая ступень должна быть оснащена клапаном избыточного давления, поскольку закрытие подачи на вторую ступень отключает ее вторичную функцию как клапана избыточного давления. [37]
Металлические и пластиковые вторые ступени охлаждаются одинаково, но они различаются по скорости охлаждения. Металлические корпуса проводят тепло быстрее, поэтому быстрее остывают, но также быстрее нагреваются, чем пластиковые молдинги, а пластиковые компоненты могут изолировать металлические компоненты внутри, снижая скорость повторного нагрева водой. Металлические компоненты могут быть более проблемными вне воды на очень холодном воздухе, так как они будут отводить тепло от любой части тела, с которой они соприкасаются, быстрее, чем пластик или резина. [35]
В большинстве случаев шлемы с поверхностным питанием и клапаны подачи воздуха в полнолицевые маски не охлаждаются достаточно, чтобы образовался лед, поскольку шлангокабель работает как теплообменник и нагревает воздух до температуры воды. [35] Если дайвер с поверхностным питанием прыгает в аварийный запас газа для подводного плавания, то проблемы идентичны проблемам, возникающим при подводном плавании, хотя металлический газовый блок и изогнутые газовые каналы перед второй ступенью обеспечат некоторый подогрев межступенчатого газа сверх того, что обычно обеспечивает комплект для подводного плавания.
При погружении с аквалангом в воду с температурой от 7 до 10 °C (от 45 до 50 °F) воздух, поступающий на вторую ступень, может легко находиться в диапазоне от −20 до −10 °C (от −4 до 14 °F), тогда как подаваемый с поверхности воздух будет иметь почти ту же температуру, что и вода, которая в худшем случае будет чуть ниже нуля, но все еще достаточно теплой для выдыхаемого дайвером воздуха, чтобы не допустить образования льда. [35] Если температура воздуха на поверхности значительно ниже нуля (ниже −4 °C (25 °F)) избыточная влага из объемного резервуара может замерзнуть в ледяные гранулы, которые затем могут перемещаться по шлангокабелю и попадать во впускной канал шлема, блокируя подачу воздуха к клапану подачи, либо как уменьшение потока, либо как полная блокировка, если гранулы накапливаются и образуют пробку. Образование льда в системе с поверхностной подачей можно предотвратить с помощью эффективной системы отделения влаги и регулярного слива конденсата. Также можно использовать осушающие фильтры. Использование газа HP для поверхностной подачи обычно не является проблемой, поскольку компрессоры HP используют систему фильтров, которая достаточно осушает воздух, чтобы поддерживать точку росы ниже −40 °C (−40 °F). Также поможет поддержание поверхностной части шлангокабеля, подвергающейся воздействию холодного воздуха, как можно короче. Часть в воде обычно не настолько холодная, чтобы быть проблемой. [35]
Компания Kirby Morgan разработала трубчатый теплообменник из нержавеющей стали («термообменник») для подогрева газа из регулятора первой ступени с целью снижения риска замерзания регулятора второй ступени при погружении в очень холодную воду при температуре до −2,2 °C (28,0 °F). [35] Длина и относительно хорошая теплопроводность трубки, а также тепловая масса блока позволяют использовать достаточно тепла из воды для нагрева воздуха до температуры в пределах одного-двух градусов от окружающей воды. [35]
Протокол остановки регулятора часто включает в себя прерывание погружения. [43]
Утечки газа могут быть вызваны разрывом или протеканием шлангов, дефектными уплотнительными кольцами, взорванными уплотнительными кольцами, особенно в соединителях хомута, ослабленными соединениями и несколькими из ранее перечисленных неисправностей. Шланги низкого давления могут не подключаться должным образом, или обратный клапан может протекать. Разорванный шланг низкого давления обычно теряет газ быстрее, чем разорванный шланг высокого давления, поскольку шланги высокого давления обычно имеют отверстие ограничения потока в фитинге, который ввинчивается в порт, [4] : 185, поскольку погружной манометр не нуждается в высоком потоке, а более медленное увеличение давления в шланге манометра с меньшей вероятностью перегрузит манометр, в то время как шланг на второй ступени должен обеспечивать высокий пиковый расход, чтобы минимизировать работу дыхания. [34] Относительно частая поломка уплотнительного кольца происходит, когда уплотнение зажима хомута выдавливается из-за недостаточного усилия зажима или упругой деформации зажима под воздействием окружающей среды. Это может вызвать что угодно: от незначительной до катастрофической утечки, и со временем ситуация может ухудшиться.
Мокрое дыхание вызвано попаданием воды в регулятор и ухудшением комфорта и безопасности дыхания. Вода может просочиться в корпус второй ступени через поврежденные мягкие части, такие как порванные мундштуки, поврежденные выпускные клапаны и перфорированные диафрагмы, через треснувшие корпуса или через плохо герметизированные или загрязненные выпускные клапаны. Большинство причин мокрого дыхания устраняются путем замены или правильного крепления ответственных компонентов или путем удаления мусора и очистки выпускного клапана и порта. [34]
Высокая работа дыхания может быть вызвана высоким сопротивлением вдоху, высоким сопротивлением выдоху или обоими. Высокое сопротивление вдоху может быть вызвано высоким давлением открытия, низким межступенчатым давлением, трением в подвижных частях клапана второй ступени, чрезмерной нагрузкой пружины или неоптимальной конструкцией клапана. Обычно его можно улучшить путем обслуживания и настройки, но некоторые регуляторы не могут обеспечить высокий поток на больших глубинах без высокой работы дыхания. Высокое сопротивление выдоху обычно возникает из-за проблем с выпускными клапанами, которые могут застревать, затвердевать из-за ухудшения качества материалов или иметь недостаточную площадь проходного сечения потока для обслуживания. [34] Работа дыхания увеличивается с плотностью газа и, следовательно, с глубиной. Общая работа дыхания для дайвера представляет собой комбинацию физиологической работы дыхания и механической работы дыхания. Эта комбинация может превысить возможности дайвера, который затем может задохнуться из-за токсичности углекислого газа . [44] [45]
Это вызвано нерегулярным и нестабильным потоком из второй ступени. Это может быть вызвано нестабильной обратной связью между расходом в корпусе второй ступени и отклонением диафрагмы, открывающим клапан, что недостаточно для возникновения свободного потока, но достаточно для того, чтобы система начала рыскать . Это чаще встречается в высокопроизводительных регуляторах, которые настроены на максимальный поток и минимальную работу дыхания, особенно вне воды, и часто уменьшается или устраняется, когда регулятор погружается, а окружающая вода демпфирует движение диафрагмы и других движущихся частей. Десенсибилизация второй ступени путем закрытия трубки Вентури помогает или увеличивает давление пружины клапана часто устраняет эту проблему. Дрожание также может быть вызвано чрезмерным, но нерегулярным трением движущихся частей клапана. [34]
Такие повреждения, как треснувшие корпуса, порванные или смещенные мундштуки, поврежденные выхлопные обтекатели, могут вызвать проблемы с потоком газа или утечки, а также сделать регулятор неудобным в использовании или затруднить дыхание. [4]
Использование загрязненного или несовместимого регулятора с газом с высоким содержанием кислорода под высоким давлением может привести к внутреннему возгоранию, которое может просто разрушить уплотнение или другой незначительный компонент, или сжечь значительную часть оборудования и окружающей среды. [46]
Большинство регуляторов представляют собой довольно простые и надежные механизмы, и многие из них не требуют специальных инструментов для обслуживания, но для подачи дыхательного газа они являются оборудованием жизнеобеспечения, и обычно существуют правовые последствия для работы с функциональными компонентами для клиента, поэтому, хотя в большинстве мест было бы приемлемо обслуживать собственное оборудование жизнеобеспечения, от специалиста по обслуживанию, как правило, ожидается, что он будет сертифицирован как компетентный для работы с регулятором для клиента. [4]
для большинства первых ступеней Apeks является уникальная Environmental Dry Sealing System. Эта система служит ряду целей, включая предотвращение образования льда на главной пружине, которое может возникнуть при погружении в очень холодную воду. Сухая герметизация первой ступени также действует как защита от попадания загрязняющих веществ и ила в камеру главной пружины и устраняет необходимость в грязном заполнении вашего регулятора силиконовым маслом или смазкой.
{{cite book}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Версии с холодной водой используют новую систему DR. Как и все остальные, есть вторичная диафрагма, но вместо использования жидкости или смазки для передачи давления окружающей среды внутри находится грибовидная деталь, называемая «гидростатическим передатчиком», которая передает усилие от вторичной диафрагмы к основной диафрагме.
{{cite conference}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )