Данная статья не является попыткой пересказа общеизвестных фактов, и создания еще одной, похожей друг на друга статьи.
Задача – сформировать однозначное и прозрачное понимание устройства и принципов работы, одного из основных элементов снаряжения для занятия дайвингом.
Лично у меня, долгое время, было именно приблизительное понимание основ работы регулятора для дайвинга, и это не правильно.
Знание общих принципов построения и основ работы, позволит Вам более осмысленно подходить к выбору данного элемента снаряжения для дайвинга.
Когда мы говорим «» - мы подразумеваем, что это часть автономного легководолазного снаряжения.
Для того, что бы не было путаницы, стоит сказать, что существует легководолазное снаряжение двух типов – использующее замкнутую и открытую схемы дыхания.
Дыхательный аппарат с замкнутой схемой, называют ребризером.
Дыхательный аппарат с открытой схемой, называют аквалангом.
Само слово «Акваланг» - не несет смысловой нагрузки, и появилось, благодаря Жаку-Иву Кусто, и Эмилю Ганьяну, которые назвали этим именем фирму (Aqualung, Aqua Lung), начавшую массово производить эту часть автономного легководолазного снаряжения.
Со временем, это название стало привычным общеупотребительным на территории Европы и Азии. В нашей стране, подводная охота с аквалангом запрещена.
Акваланг состоит из двух основных частей баллонов
– 
со сжатой дыхательной смесью и редуктора ,
понижающего высокое давление в баллоне, до значений, необходимых для вдоха.
Баллон может быть изготовлен, из стали, алюминиевых сплавов, титана, углеволокна и т.д., как следствие, разница в весе, долговечности, стоимости. Главное требование – выдерживать высокое давление. Условно, оборудование разделено на оборудование с возможным давлением до 230 атм., и 300 атм.
При погружении, на пловца, начинает действовать давление воды, возрастающее по мере роста глубины. Для того, что бы сделать вдох, нужно преодолеть эту силу.
Силы мышц грудной клетки не достаточно для вдоха, даже на метровой глубине. Поэтому вдыхаемый воздух, должен подаваться под давлением, компенсирующим давление воды.
Чем больше глубина, тем больше должно быть давление подаваемого воздуха. При этом дыхание должно оставаться максимально естественным и комфортным. Эту работу выполняет регулятор для дайвинга.
При погружении на значительные глубины, и как следствие, нахождение под действием большего внешнего давления, вызывает сложные физиологические изменения в организме человека. Следствием попыток избежать негативных последствий этого воздействия, явилось использование в качестве дыхательной смеси, различных газовых смесей, что потребовало конструктивных изменений регулятора.
В задачи этой статьи входит рассмотрение только общих принципов работы.
Преобразование давления воздуха до давления, необходимого для вдоха, происходит в два этапа. Первый, основной этап понижения обеспечивает редуктор - часть регулятора для дайвинга устанавливаемая непосредственно на вентиль баллона.
Второй этап понижения давления и автоматизацию процесса дыхания выполняет "дыхательный автомат" - часть, находящаяся во рту дайвера и соединенная с редуктором воздушным шлангом.
Редуктор или первая ступень, может быть двух типов, поршневой и мембранной.
Большинство используемых регуляторов используют схему с мембраной. Для понимания принципов работы, на мой взгляд, достаточно будет рассмотреть только ее.
Проще всего понять как это работает, можно посмотрев эту анимацию:
Здесь показаны этапы работы сбалансированной первой ступени регулятора.
Когда давление с шланге, достигает определенного давления, клапан редуктора, перекрывает подачу воздуха из баллона.
Система начинает находиться в равновесии. Давление в шланге, в данном случае, управляет открытием - закрытием клапана.
Кок только дайвер делает вдох и давление падает, клапан открывается и подается новая порция воздуха.
Когда фаза вдоха заканчивается, давление в шланге возрастает и клапан первой ступени регулятора для дайвинга закрывается.
Основной задачей подводного дыхательного аппарата (акваланга) является обеспечение сбалансированной подачи воздуха к легким водолаза под таким давлением, которое равно окружающей среде. Акваланг состоит из трех основных частей:
- Баллоны. Высокопрочные стальные емкости, в которые закачивается воздух под высоким давлением. В последнее время используются баллоны из алюминиевого сплава. Давление в баллоне - 200 - 300 атм.
- Регулятор давления. Является редуктором преобразования высокого давления в баллоне в низкое, под которым воздух подается к дыхательной маске.
- Вспомогательное оборудование: маска, соединительные шланги, ремни для крепления и грузовая система.
- Компенсатор плавучести. Представляет собой резиновую емкость, в которую подкачивается воздух в зависимости от глубины погружения.
Чаще всего заправляются чистым обезвоженным воздухом. Также используются различные дыхательные смеси, составленные из кислорода, азота и гелия. Особенно они необходимы при большой глубине погружения. Для заправки баллонов используется специальный компрессор. Он сжимает воздух до необходимого давления, а также очищает его от частиц воды и смазочного масла. Чистота дыхательной смеси - важнейшее условие для безопасного дайвинга. Используются многоступенчатые фильтры с адсорбентами и сепараторы. Баллоны рекомендуется хранить заправленными, так как тогда исключается попадание посторонних веществ и воды, что сильно увеличивает коррозию внутренней поверхности.
Регулятор давления - важнейший узел аппарата для дайвинга. Сейчас пользуются комбинированными моделями. Они одновременно выполняют несколько функций:
- Снижение давления воздуха до необходимого значения, которое зависит от глубины погружения.
- Контроль за давлением в баллоне (на корпусе установлен манометр).
- Крепление дыхательных шлангов на маске. Размещение выпускного клапана.
Одноступенчатый устанавливается на вентилях баллонов на спине. При положении лицом вниз (а это одно из основных положений дайвера), он находится на 20 - 30 сантиметров выше легких, что затрудняет дыхание. Поэтому сейчас стали пользоваться двухступенчатой системой. Узел второй ступени именуется как легочный автомат, а первая - редуктор давления. Двухступенчатая система отличается хорошей функциональностью и особенно часто используется в дайвинг-клубах, так как обеспечивает комфорт.
Редуктор регулятора размещают как можно ближе к баллону в целях безопасности, так как соединение выполняется магистралью высокого давления. Иногда используют два редуктора, отдельный на каждый баллон. Давление в магистрали от редуктора к легочному автомату - 10 - 15 атм. Легочный автомат навешивают на маску. В особо ответственных случаях используют дублирующую дыхательную систему. Тогда контуры от обоих баллонов делаются полностью раздельными и независимыми друг от друга.
Огромное значение для безопасного погружения имеет субъективный контроль за расходом воздуха. Основной прибор, который для этого используется - манометр. Сейчас делают по аналоговой схеме. Она отличается простотой и надежностью. Цифровые приборы пока распространены мало, но по ним проще отсчитывать оставшееся время погружения. Манометр непосредственно контролирует давление в баллоне и соединяется с ним гибкой магистралью высокого давления.
Все основные части аппарата для дайвинга соединяются в единую систему при помощи различных резиновых шлангов. Ремни обеспечивают закрепление аппарата на спине. Компенсатор плавучести имеет вид жилета с наполняемой воздухом емкостью. Благодаря компенсатору по мере погружения во все более плотную среду воды, плавучесть дайвера остаётся неизменной.
Как и парашютисты, дайверы тоже предпочитают иметь резервные аварийные системы на случай отказа основных. Вот это компактное устройство под названием «SPARE AIR» (в буквальном переводе «Запасной воздух») представляет собой акваланг в миниатюре. Баллон и редуктор-регулятор с загубником для дыхания собраны «в одном флаконе». Емкость баллона невелика, но ее хватает, чтобы безопасно всплыть с глубины порядка 40 м.
Автономная подводная дыхательная система (scuba) в сборе 1 — редуктор (первая ступень) 2 — манометр давления воздуха в баллоне 3 — основной регулятор (вторая ступень) 4 — резервный регулятор (октопус) 5 — баллон высокого давления 6 — надувной жилет (компенсатор плавучести)
После автоспорта дайвинг — технически самый сложный вид спорта
Основная проблема под водой — человеку там нечем дышать! Именно поэтому все изобретения, связанные с подводным оборудованием, были в первую очередь посвящены обеспечению свободного дыхания.
Эволюция мысли
Эволюция подводного дыхательного оборудования довольно интересна и вполне отражает общий ход человеческой мысли. Первое, что приходит в голову, — если под водой воздуха нет, его надо туда подать. Простейший способ сделать это — дыхательная трубка, один конец ее находится над водой. Однако не все так просто! Если вы когда-нибудь пробовали нырять, пытаясь дышать через длинную трубку или шланг, то знаете, что человеческие легкие не в силах преодолеть давление воды и сделать вдох уже на глубине 1−1,5 м. Поэтому этот способ годится только для плавания по поверхности, и многие из наших читателей наверняка не раз его использовали, плавая с трубкой и маской. Следующая идея — дышать воздухом под давлением, равным давлению воды, привела к изобретению водолазного колокола. Его в 1530 году предложил Гульельмо де Лорено. Конструкция колокола была очень проста — пустотелая бочка без дна, погруженная открытым концом в воду. Давление в таком колоколе за счет открытого конца бочки и, следовательно, подвижной границы «воздух — вода», равно внешнему давлению воды на данной глубине. Работая под водой, можно время от времени делать вдох из бочки, не всплывая при этом на поверхность. Одно плохо — воздух в бочке быстро заканчивается.
Конечно, запас воздуха можно пополнять. Подавая воздух в колокол с поверхности с помощью насоса, можно значительно продлить пребывание человека под водой. Конечно, это потребует использования воздушного насоса (причем чем глубже мы погружаемся, тем мощнее должен быть насос). Однако работать (или просто наблюдать подводный мир) все равно не слишком удобно: водолаз остается довольно жестко привязан к поверхности шлангом и колоколом и способен «оторваться» от них только на время задержки дыхания.
Все свое ношу с собой
Увы, эту проблему можно преодолеть только с помощью автономного дыхательного аппарата. В английском языке для обозначения таких аппаратов есть специальная аббревиатура — SCUBA (Self-contained Breathing Underwater Apparatus). Первый такой аппарат был предложен в 1825 году англичанином Уильямом Джеймсом. Аппарат представлял собой жесткий баллон в виде пояса вокруг талии водолаза, наполненный воздухом под давлением около 30 атмосфер, и дыхательный шланг, соединяющий баллон с водолазным шлемом. Он был неудобен: воздух подавался в шлем постоянно и за счет этого (и еще низкого давления в баллоне) быстро заканчивался.
Чтобы преодолеть этот недостаток, необходимо подавать воздух для дыхания только в момент вдоха. Это делается с помощью мембранно-управляемых клапанов, реагирующих на разрежение, создаваемое легкими. Именно так и был устроен аппарат «Аэрофор», изобретенный в 1865 году французами Бенуа Рукейролем и Огюстом Денейрузом. Их конструкция представляла собой горизонтально расположенный на спине ныряльщика стальной баллон с воздухом под давлением 20−25 атмосфер, соединенный через редукционный клапан с загубником. Мембранный редукционный клапан подавал воздух только в момент вдоха под давлением, равным давлению воды.
«Аэрофор» не был полностью автономен: баллон был соединен шлангом, по которому подавался воздух, с поверхностью, но в случае необходимости ныряльщик мог на короткое время отсоединяться. «Аэрофор» является предшественником современного оборудования открытого цикла дыхания (ныряльщик вдыхает воздух из баллона, выдыхает в воду) для погружений. Он в течение нескольких лет использовался французским (и не только) военно-морским флотом и даже в 1870 году удостоился упоминания в книге Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой».
До современного вида аппарату «Аэрофор» оставался всего один шаг — это шаг к запасу воздуха под высоким давлением. И этот шаг был сделан. Но «шаг вперед, два шага назад» — в 1933 году капитан французского военного флота Ив Ле Приор модифицировал аппарат Рукейроля-Денейруза, сочетая ручной вентиль с баллоном высокого давления (100 атмосфер). Это позволило получить большее время автономности, но управление было крайне неудобным — при вдохе вентиль открывался вручную, выдох же производился в маску (через нос).
И, наконец, в 1943 году Жак Ив Кусто и Эмиль Ганьян собирают все идеи воедино и придают дыхательному аппарату тот вид, в котором он и дошел до нас. Они соединяют два баллона с воздухом (100−150 атмосфер), специальный понижающий газовый редуктор и клапан, подающий воздух под давлением, в точности равным давлению внешней среды, причем только в момент вдоха. Регулятор Рукейроля-Денейруза, на 78 лет опередивший конструкцию Кусто и Ганьяна, по непонятным причинам оказался забыт.
Кусто и Ганьян решили назвать свой аппарат «Aqua Lung», то есть «Подводные легкие». Именно под этим названием он и стал известен всему миру. Слово «акваланг» стало нарицательным и вошло во многие языки мира как синоним подводного дыхательного аппарата.
Современный акваланг
Давайте рассмотрим подробнее, как же работает современный акваланг. Несмотря на то что с 1943 года прошло довольно много лет, современные дыхательные аппараты совсем недалеко ушли от своего предка — акваланга Кусто-Ганьяна. Да, разумеется, изменились технологии, появились новые материалы, но принципы работы остались абсолютно теми же.
Основные составляющие части дыхательного аппарата — это баллон с воздухом под высоким (200−300 атмосфер) давлением и двухступенчатый редуктор.
Для чего нужен редуктор?
Дело в том, что подавать для дыхания воздух напрямую из баллона под давлением 200 атмосфер просто опасно: легкие не выдержат такого давления. Поэтому к баллону присоединяется специальный редуцирующий (понижающий давление) клапан. Его первая ступень снижает давление до 6−15 атмосфер (в зависимости от конструкции и модели).
Вторая ступень, называемая обычно регулятором (или легочным автоматом), выполняет две важные задачи. Первая — подавать воздух под давлением, точно соответствующим давлению воды на любой глубине. Это позволяет аквалангисту на любой глубине дышать, не прилагая усилий и не чувствуя дискомфорта.
Вторая задача регулятора — подавать воздух для дыхания только в момент вдоха (это позволяет расходовать воздух значительно экономнее). В момент вдоха легкие человека создают разрежение, специальный клапан с мембранным управлением реагирует на это и открывает подачу воздуха.
Выдох происходит через тарельчатые мембранные клапаны прямо в воду. Таким образом, воздух используется всего один раз. Поэтому иногда акваланг называют дыхательной системой открытого цикла.
Как видите, конструкция акваланга очень проста и, следовательно, надежна. Простота изготовления и технического обслуживания и надежность обеспечили аквалангу многолетний успех. Именно с акваланга началась настоящая эра освоения морских глубин.
Акваланги помогают людям погружаться под воду на большую глубину. Имея за спиной акваланг, ныряльщики свободно передвигаются под водой, им не нужно брать с собой шланги, в которые подается воздух с борта корабля.
Запасы воздуха в акваланге хранятся в двух или более стальных баллонах, причем воздух в них находится в сжатом виде. С помощью специального клапана дыхательная смесь в небольших количествах выпускается из баллона в трубку, соединенную с нагубником. Такой нагубник ныряльщик придерживает зубами. Поскольку нос у аквалангиста зажат особыми выступами в подводной маске, дышит он через рот.
Акваланг пристегивается к человеку специальными мягкими лямками и поясом, тяжелым, словно якорь. Кстати, такой пояс помогает аквалангисту оставаться под водой. Благодаря современным аквалангам человек под водой передвигается так же легко и свободно, как рыбы. На ногах у ныряльщика - большие ласты, которыми он загребает воду, тем самым высвобождая свои руки. Поэтому ныряльщик может прихватить с собой подводный фотоаппарат или подводное ружье. В неглубоких водах аквалангисты погружаются более чем на полчаса.
Но даже надев самый современный костюм для подводного плавания, аквалангисты не смогут нырнуть на глубину более 100 метров. На такой глубине вода давит на предметы с такой силой, что все кажется в десять раз тяжелее, чем на ее поверхности. Поэтому воздух в баллонах акваланга начинает расходоваться в десять раз быстрее.
Даже снарядив акваланг огромными баллонами, ныряльщику не удается пробыть на такой глубине более двух минут.
К сожалению, аквалангиста подстерегают и другие опасности. Баллоны акваланга на четыре пятых заполнены азотом и на одну пятую кислородом, то есть кислород с азотом находится в той же пропорции, что в обыкновенном воздухе. Кислород жизненно необходим человеку. Что же касается азота, он просто выводится из организма. Но под высоким давлением часть азота начинает растворяться в крови и поглощаться мышечной тканью.
Когда аквалангист поднимается на поверхность, азот должен выйти из его крови и мышечной ткани. Если он быстро не выходит через легкие, то азот застаивается, превращаясь в крошечные пузырьки в теле человека. Такие пузырьки защемляют нервные окончания и закупоривают кровеносные сосуды, вызывая у человека воздушную эмболию, заболевание, сопровождающееся очень сильными болями. Воздушная эмболия может закончиться смертельным исходом или оставить человека калекой на всю жизнь.
Вот почему аквалангистам следует подниматься с глубины в 80-100 метров очень медленно, с частыми остановками.
При эксплуатации любого акваланга, перед каждым спуском необходимо делать рабочую проверку.Проведение рабочей проверки не занимает много времени и не требует особых усилий. Правильно выполненная рабочая проверка снаряжения позволит вам избежать многих неприятностей.
1. Проверить давление в баллонах.
Для этого необходимо прикрепить вместо редуктора, контрольный
манометр высокого давления. Закрыть кран на манометре. Открыть
вентиля основной и резервной подачи воздуха. На манометре прочитать
показания. Затем закрыть вентиля, открыть кран на манометре высокого
давления (стравить воздух из манометра), снять манометр.
2. Внешний осмотр.
А) Проверить комплектацию и правильность сборки акваланга (крепление
редуктора, легочного автомата, хомуты, ремни и т. д), можно взять
акваланг за ремни и легко встряхнуть.
Б) Подогнать ремни
3. Проверка на герметичность
А) Сухая.
При закрытых вентилях попытаться сделать вдох из легочного автомата.
При этом проверяется герметичность мембраны, клапанов выдоха,
соединений. Все исправно если вдох сделать не удается.
Б) Мокрая.
Открыть все вентиля. Легочный автомат поместить под баллон, и
опустить баллон в воду. При наличии пузырьков воздуха из-под
соединений, акваланг неисправен.
4. Проверка работы перепускного клапана (резерва).
Открыть вентиль основной подачи воздуха, используя кнопку
принудительной подачи воздуха легочного автомата, стравить немного
воздуха (примерно 20-30 сек.). Далее открыть вентиль резервной
подачи воздуха. При этом вы должны услышать характерный шум
перетекающего из баллона в баллон воздуха.
Данная проверка не определяет величину срабатывания перепускного
клапана. Проведя все действия вы убеждаетесь, что у вас в акваланге
исправный перепускной клапан и как следствие существует резерв.
Регулировки акваланга АВМ-5
1. Регулировка установочного давления
редуктора
2. Регулировка срабатывания предохранительного клапана редуктора
3. Регулировка легочного автомата
4. Регулировка работы перепускного клапана (резерва)
Регулировка установочного давления редуктора (8-10 ати)
1. Замер величины установочного давления.
Отсоединить легочный автомат.
К шлангу присоединить контрольный манометр (0-16 ати).
Закрыть кран на контрольном манометре.
Открыть вентиль основной подачи воздуха.
Замерить давление (8-10 ати).
Закрыть вентиль основной подачи воздуха.
Открыть кран на контрольном манометре (стравить воздух)
2. Регулировка.
Открутить крышку редуктора (1) рис.4
Вытащить поршень (2) рис.4 . Для этого в отверстие с резьбой в
верхней части поршня ввинтить съемник (или подобрать винт) и дернуть
за съемник. Далее поршень легко можно вытащить. Пользоваться
отверткой, и пытаться подцепить поршень за край - не рекомендуется.
Для увеличения установочного давления, необходимо сжать пружину
редуктора (3) рис.4
Для уменьшения - пружину необходимо ослабить.
Выпускались два вида редукторов.
В первом случае для регулировки установочного давления необходимо
под пружину (3), подкладывать или убирать специальные регулировочные
шайбы.
Во втором случае необходимо перемешать регулировочную гайку (7) по
резьбе втулки (8) рис.4.
И в том и в другом варианте смысл всех действий это сжать или
разжать пружину (3)
Далее редуктор собирается и производится опять замер установочного
давления.
Манипуляции по регулировке и замеру производятся до тех пор, пока значение установочного давления не будет равно 8-10ати.
Регулировка срабатывания предохранительного клапана (10-12 ати)
Все инструкции по эксплуатации аквалангов АВМ рекомендуют
регулировку срабатывания предохранительного клапана проводить на
ремонтно-контрольной установке (РКУ).
Предохранительный клапан навинчивается на специальный штуцер на РКУ.
К клапану подается давление, и усилием сжатия пружины (11) рис.5
клапан настраивается на нужное давление.
На практике регулировку выполняют несколько иным способом.
1. Отрегулировать редуктор на установочное давление
2. Открутить контргайку на предохранительном клапане
3. Медленно вращая корпус клапана (12) рис.5 против часовой стрелки,
добиться положения, при котором клапан начинает срабатывать.
4. Закрутить корпус клапана (12) на пол оборота по часовой стрелке,
при этом клапан прекратит травить воздух.
5. Закрутить контргайку.
Таким образом, мы отрегулируем клапан на давление открытия, которое будет несколько больше установочного давления (на 0,5-2 ати)
Регулировка легочного автомата
В инструкции по эксплуатации акваланга написано, что легочный
автомат не подлежит регулировке.
На практике регулировку легкости дыхания (сопротивления на вдохе)
можно осуществлять подгибом рычага (5) рис.6. При подгибе рычага
меняется расстояние между мембраной (4) и рычагом (5) рис.6 , чем
больше расстояние, тем больше сопротивление при вдохе. Следует
обратить внимание, что если легочный автомат отрегулирован
правильно, то при помещении его в воду, загубником вверх будет
произвольно выходить воздух. Если легочный автомат повернуть
загубником вниз (как показано на рис.6),воздух перестает выходить.
Регулировка работы перепускного клапана (резерва)
1. Замер давления регулировки перепускного клапана.
При замере данной величины необходимо зарядить аппарат до давления
не менее 80 ати.
Отвернуть редуктор и легочный автомат.
При закрытом вентиле резервной подачи воздуха, открыть вентиль
основной подачи воздуха.
Стравить воздух.
Когда воздух перестанет выходить, прикрутить к штуцеру (вместо
редуктора) контрольный манометр высокого давления (0-250 ати).
Закрыть кран на манометре.
Манометр должен показывать 0 ати.
Далее, открыть вентиль резервной подачи воздуха, и подождать пока
давление в баллонах сравняется (будет слышан характерный шум
перетекающего воздуха).
Давление, которое покажет манометр, будет соответствовать давлению
резервного запаса воздуха.
Умножив, полученную величину на 2, получим давление срабатывания
перепускного клапана.
Давление резервного запаса воздуха должно быть в пределах 20-30 ати,
соответственно давление срабатывания перепускного клапана должно
быть в пределах 40-60ати.
2. Регулировка
Если результаты замера покажут необходимость регулировки.
Стравить остатки воздуха из баллонов.
Ослабить хомуты
Ослабить накидные гайки переходника (можно использовать газовый
ключ).
Раздвинуть баллоны и снять переходник (3)
В месте крепления переходника (3) к баллону с вентилями, откроется
доступ к регулировочной гайке перепускного клапана.
Сжимая или разжимая пружину перепускного клапана, с помощью
регулировочной гайки - изменить настройку. Если необходимо увеличить
давление регулировки то сжать пружину (повернуть гайку по часовой
стрелке), если уменьшить - разжать пружину.
3. Собрать баллон.
4. Зарядить до 80 ати.
5. Произвести замер.
6. Повторить регулировку если необходимо.
Уплотнительные кольца и смазка аппарата
Для обеспечения герметичности соединений, в аппарате используются
резиновые уплотнительные кольца различных диаметров.
Для предотвращения "засыхания", кольца необходимо смазывать. Для
смазки используется технический вазелин (ЦИАТИМ 221), или его
заменители.
Смазываемое кольцо необходимо поместить в смазку, выдержать
некоторое время (5-10 мин.), после этого очистить от излишков смазки
и установить на место.
Кроме того в аппарате смазываются трущиеся детали редуктора
(поршень). Наносится смазка и затем удаляются ее излишки.
Периодичность проверок аппарата.
Рабочая проверка - перед каждым спуском
Малая проверка (проверка всех регулировок, смазка уплотнительных
колец) - перед началом сезона
Полная проверка (малая проверка + полная разборка и сборка) - при
получении со склада, в случае сомнения в исправ
ности,
после длительного хранения