Иногда давление на выходе из редуктора называют низким давле­нием, тогда давление на выходе из легочника можно называть окру­жающим давлением

Глава 2.3. Баллоны и баллонные блоки

Баллоны аквалангов имеют цилиндрическую форму с закруглен­ным дном с одной стороны и вытянутой горловиной с другой сторо­ны (фото 2.6 А). Горловина снабжена внутренней резьбой, коничес­кой у российских моделей и цилиндрической — у иностранных. В эту резьбу вкручивается короткий патрубок с одним или двумя вен­тилями в случае однобаллонного блока (фото 2.6 Б) и трубка высоко­го давления, ведущая к вентилю (вентилям) в случае двух — или трех­баллонного варианта.

Материал баллонов

Современная промышленность выпускает стальные и алюминие­вые баллоны. Первые распространены шире. Основное преимущест­во стали перед алюминием — значительно большая прочность. Недо­статок стали — подверженность коррозии. Для того, чтобы замед­лить коррозионные процессы, используют различные способы:

· применение легированных сталей, т.е. с добавками других ме­таллов, преимущественно хрома и молибдена;

· покрытие внутренней и внешней поверхности баллона тонким слоем цинка;

· покрытие внешней поверхности полимерной краской, а иногда и пластиком;

· покрытие внутренней поверхности специальными вазелиноподобными смазками.

Стальные баллоны хорошего качества при правильном уходе мо­гут служить десятилетиями.

Подверженность коррозии изделий из алюминия и алюминиевых сплавов значительно ниже. Это объясняется способностью алюми­ния образовывать на поверхности оксидную пленку , предохраняю­щую более глубокие слои металла от дальнейшего окисления. Так как прочность алюминия значительно ниже, чем стали, стенки бал­лона должны быть толще, нежели стальные, рассчитанные на то же давление. Однако, алюминий почти втрое легче железа — основного компонента стали. В результате удельный вес алюминиевых или сплавных баллонов получается ниже, чем у стальных баллонов того же объема и той же прочности.

В общем и целом, стальные баллоны практичнее алюминиевых, и именно их предпочитают большинство аквалангистов. Но не будем забывать еще об одном свойстве алюминия. Он не намагничивается, не влияет на направление стрелки магнитного компаса и показания иных магнитных приборов. Поэтому, если Вам необходимо проби­раться через минные заграждения с магнитными ловушками, поль­зуйтесь алюминиевыми баллонами.

Дополнительные приспособления

Для удобства хранения и транспортировки нижняя часть балло­нов, как правило, вставляется в резиновыйбашмак. Переносить однобаллонник, берясь за пластиковуюрукоятку, значительно удоб­нее, нежели за вентильный механизм. Рукоятки бывают цельными и складывающимися. Капроновыезащитные сетки оберегают внеш­нее покрытие баллонов от повреждений, что особенно актуально при использовании баллонов в соленой воде, где любая царапина на кра­ске приводит к коррозии.

Высокое, рабочее и проверочное давление. Клеймо

Напомним, что давление воздуха в баллонах называетсявысоким.Максимально допустимое при эксплуатации высокое давление для данного баллонного блока именуетсярабочим давлением. Перед вы­пуском с завода — изготовителя любой баллон подвергается проверке давлением в полтора раза превышающим рабочее — так называе­мымпроверочным. Каждый баллон снабжен клеймом, содержащим его основные характеристики. Клеймо выбито на горловине и обяза­тельно содержит следующую информацию:

· название или фирменный знак изготовителя;

· заводской номер баллона;

· рабочее давление;

· проверочное давление;

· месяц и год изготовления и проверки;

· масса баллона (без вентиля);

· объем баллона.

Различные варианты клейм представлены на рисунке 2.4 Б, В.

На отечественных баллонах после даты изготовления через де­фис следует год следующей надлежащей проверки. На иностранных баллонах обычно выбит тип баллона, т.е. для каких целей он предна­значен.

Через пять лет после изготовления необходимо провести повтор­ную проверку баллонов. Ее осуществляют организации, имеющие на это лицензию. Проверка включает целый ряд действий: прежде все­го взвешивание баллона, осмотр его наружной и внутренней поверх­ности и гидравлические испытания проверочным давлением. Если баллон прошел проверку и признан годным к дальнейшей эксплуата­ции, проверяющая организация ставит на него клеймо, обязательно содержащее собственное название или фирменный знак, месяц и год проверки и величину проверочного давления.

Количество, форма и размер баллонов

Наиболее популярны среди ныряльщиков всего мира однобалонные комплекты емкостью 12 — 15л. Они удобны в обращении, а за­пас воздуха при давлении около 200 атм. достаточен для бездекопрессионных погружений, какие чаще всего совершают любители под­водного мира. Отечественной промышленностью выпускаются пре­имущественно двухбалонные аппараты с емкостью баллонов 7 лит­ров каждый. Таким образом, наиболее обычный российский аква­ланг — двухбаллонник общей емкостью 14л. Акваланг АВМ — 5 допу­скает разделение баллонов, и тогда один из них, снабженный венти­лем, можно использовать в одинарном варианте, однако 7 л. при дав­лении 150 или 200 атмосфер — не слишком большой запас воздуха для погружения на открытой воде. Подобные баллоны удобно ис­пользовать для занятий в бассейне. С одной стороны, 15—ти литро­вый однобаллонник немного легче 14—ти литрового двухбаллонника, с другой стороны, центр тяжести двухбаллонника расположен на несколько сантиметров ближе к центру тяжести пловца, что умень­шает инерцию его поворота в воде. Вопрос о предпочтении одно — или двухбаллонного варианта акваланга при их приблизительно рав­ном объеме не однозначен и является делом вкуса.

Если Вы достаточно опытны и собираетесь на глубокое погруже­ние с декомпрессионными паузами при всплытии (см. главу 3.4), име­ете задачу погружаться под лед, планируете исследование подвод­ных пещер или поиск сокровищ внутри затонувших кораблей, Вам полезно подумать об увеличении запаса воздуха. Для этого можно:

· Использовать баллоны, рассчитанные на большее давление воз­духа. Сегодня широко применяются баллоны с рабочим давле­нием 230 и 300 атм.;

· Использовать баллоны большего объема. Максимальный объ­ем, остающийся в разумных пределах, составляет 18л.;

· Увеличить количество баллонов. Наиболее распространенным вариантом, помимо отечественного 7+7, является 10+10 и 12+12;

Конечно, Вы можете спарить два 18 литровых баллона, рассчитан­ных на 300 атмосфер, но вряд ли это будет оправдано и целесообраз­но. Для столь серьезных задач можно использовать более компакт­ное регенеративное снаряжение, обзор которого выходит за рамки настоящей книги.

Форма баллонов

Она достаточно стандартна, но допускает ряд вариаций при оди­наковом объеме. Так, например, 12-литровые баллоны выпускают­ся в нескольких модификациях. Преимущества вытянутого баллона — в лучшей гидродинамике и более близком расположении его цен­тра тяжести к центру тяжести пловца, что, как уже упоминалось, уменьшает инерцию поворота в воде. Правда, такой баллон может создавать неудобства людям невысокого роста — им лучше подойдут баллоны более компактной формы.

Таким образом, выбор размера, количества и формы баллонов оп­ределяется стоящими перед Вами задачами и во многом — Вашим вкусом. Последнее относится также к цветам баллонов, обычно яр­ким и хорошо заметным в воде.

Вентильный механизм

Сам по себе баллон высокого давления, разумеется, не может слу­жить источником воздуха для дыхания. Первое устройство на пути воздуха из баллона— вентильный механизм, часто называемый простовентилем (фото 2.6 Б). Последний термин представляется ме­нее корректным, так как иногда этот механизм состоит из несколь­ких вентилей, включает дополнительные устройства, а в случае двух- или трехбаллонного блока — разветвленную систему трубок высокого давления. Входной патрубок вентильного механизма имеет внешнюю резьбу, которая вворачивается во внутреннюю резьбу горловины баллона. Отечественная промышленность выпускает бал­лоны и вентили с конической резьбой, которая герметизируется спе­циальными уплотнителями (например, свинцовым гнетом), равно­мерно наносимыми на всю поверхность резьбы. Иностранные балло­ны и вентили имеют цилиндрические резьбы и уплотнение за счет кольцевой пластиковой прокладки. Вентили из баллонов выкручива­ются только при техническом освидетельствовании последних и только квалифицированными специалистами. Внутрь баллона вен­тильный механизм обращен трубкой длиной в несколько сантимет­ров, имеющей одно или несколько отверстий, иногда забранных мел­кой металлической сеткой. Такое устройство значительно уменьша­ет вероятность проникновения в воздушные пути акваланга частиц ржавчины, которые, как правило, пересыпаются по стенкам баллона. Запорные вентили имеют правую резьбу, т.е. открываются также, как и водопроводный кран, против часовой стрелки.

Один из ключевых моментов строения вентильного механизма — устройство для выхода воздуха. Оно должно быть приспособлено для удобного, быстрого и надежного крепленияредуктора — первойступенирегулятора. Сегодня имеется два международных стандарта такого крепления:

· Крепление посредством струбцины носит название YOKE (англ. — скоба, струбцина) или INT.

· Крепление посредством резьбы диаметром 5/8 дюйма — DIN. В обоих случаях герметизация достигается за счет кольцевой ре­зиновой прокладки.

Соединение по типу YOKE многие аквалангисты считают более удобным в обращении, но оно более громоздко и из — за ограничений по прочности материала не рассчитано на давление более 230 атм. Соединение типа DIN позволяет достичь большей прочности и рас­считано на давление до 300 атм. Есть два стандарта резьбы DIN бал­лонов и редукторов: более короткая — для снаряжения, рассчитанного на давление до 230 атм., более длинная — до 300 атм. Смысл этих различий в том, чтобы исключить присоединение редукторов на 230 атм. к баллонам с давлением в 300 атм., так как в этом случае резино­вое уплотнительное кольцо редуктора не доходит до предназначен­ной для него поверхности на выходе из баллона. При неправильном присоединении воздух в большом количестве будет уходить по резь­бе соединения, и использование такого комплекта полностью исклю­чено. Присоединение редуктора на 300 атмосфер возможно к любым баллонам.

Подавляющее большинство современных баллонов иностранного производства приспособлено к использованию в обоих в вариантах, как YOKE, так и DIN. Механизм прост: баллон имеет выход с резьбой DIN, в которую герметично вворачивается втулка, наружная поверх­ность которой соответствует стандарту YOKE (фото 2.6 В).

Помимо международных соединений, имеется российский стан­дарт крепления редуктора на баллонах — резьба диаметром 24 мм. В последнее время некоторые производители наладили выпуск пере­ходников, позволяющих совмещать отечественные и иностранные баллоны и редукторы. Новейшая разработка отечественной про­мышленности — аппарат АВМ—12— 1 имеет соединение междуна­родного стандарта DIN.

Форма вентильных механизмов может быть весьма разнообраз­ной. В наиболее простом однобаллонном блоке имеется единствен­ный вентиль и единственный выход (фото 2.6 Б). При этом возможны различия в расположении вентиля и выходного отверстия, не играю­щие принципиальной роли. Существуют следующие варианты усло­жнения конструкции:

4- Дополнительный выход с отдельным вентилем для крепления второго регулятора. Два регулятора часто используются для большей надежности при погружениях повышенной сложно­сти, например — в пещерах, в затопленных помещениях, подо льдом или просто в холодной воде, когда есть риск замерзания редуктора или легочного автомата (см. ниже). В случае ка­кой-либо неисправности с регулятором Вы можете переклю­читься на запасной. Дополнительный выход с вентилем может быть съемным — тогда вентильный механизм комплектуется заглушкой, закрывающей место присоединения.

· Выход для присоединения второго баллона. При использовании однобаллонного блока он закрыт наглухо; чтобы добавить второй баллон, открутите заглушку и подсоедините переходник.

· В двухбаллонном блоке возможно снабжение каждого баллона отдельным вентилем; иногда имеется третий — общий — вентиль.

Механизм отдельной подачи резервного объема воздуха — ме­ханизм резерва. Он был разработан для оповещения подводни­ка об израсходовании большей части воздушного запаса. В са­мом простом и распространенном международном варианте, резервный механизм располагается после основного вентиля и представлен пружинным клапаном, соединенным со специаль­ным вентилем и имеющим два положения: открытое и закрытое. Перед погружением вентиль резерва устанавливается в за­крытое положение, при котором клапан будет пропускать воз­дух, пока его давление превышает определенную величину (как правило, 30—50 атм.); при ее достижении пружина закрывает клапан. Если Вы заметили, что подача воздуха становится за­трудненной или прекращается, переведите вентиль резерва в открытое состояние и клапан снова начнет пропускать воздух. После этого Вы знаете, что пора подниматься на поверхность. Резервные вентили большинства современных аппаратов имеют рабочий ход около 90 градусов от закрытого до открытого состояния и приводятся в движение специальной тягой, идущей с правой сторо­ны вниз вдоль баллона и заканчивающейся у его основания. Откры­тие резерва производится правой рукой перемещением тяги вниз на несколько сантиметров.

У отечественных аквалангов резервный механизм иного устрой­ства: в трубке высокого давления, соединяющей два баллона, распо­ложен клапан, перекрывающий подачу воздуха из правого баллона, когда давление в нем падает примерно до 60—ти атм. Когда иссяк­нет воздух в левом баллоне, необходимо открыть резервный вен­тиль, выпускающий остатки воздуха из правого баллона. Открывание резерва в такой конструкции сопровождается характерным звуком, слышным как на воздухе, так и в воде — звуком перепуска воздуха из правого баллона в левый до выравнивания давления ме­жду ними. Таким образом, после открытия резерва в обоих баллонах остается приблизительно по 30 атм. Вентили резерва в отечествен­ных баллонах имеют такой же рабочий ход, как и вентили основной подачи — немногим более одного оборота — и левую резьбу, т.е. в отличие от вентилей основной подачи открываются по часовой стрелке. В широко распространенных аппаратах АВМ — 5 и АВМ — 7 вентиль резерва приводится в действие тросиком, намотанным на маховик. Тросик следует вниз вдоль баллона внутри защитного ко­жуха и заканчивается грушевидной ручкой с пружинными фиксато­рами (фото 2.7 А). Для открывания резерва необходимо нажатием на фиксаторы освободить ручку и потянуть ее вниз до отказа. Такой механизм ввиду своей сложности требует тщательного регулярного ухода в виде переборки и смазки. В аппаратах серии "Подводник" применено другое конструкционное решение: акваланг "перевер­нут", т.е. его нормальное рабочее положение — вентилями вниз;

вентиль резерва размещен под правой рукой подводника и открыва­ется без каких-либо дополнительных механизмов. Очевидное не­удобство такой конструкции — необходимость использования бо­лее длинного шланга, соединяющего редуктор с легочником, и пере­ворачивания баллона при каждом его надевании.

Насколько нужен резервный запаса воздуха? Его наличие обяза­тельно при отсутствии выносного манометра, показывающего дав­ление в баллонах. Если же такой манометр есть, механизм резерва становится дублирующим устройством, информирующим подвод­ника о том, что воздух на исходе. Вы можете залюбоваться красота­ми подводного мира и забыть вовремя взглянуть на манометр, но Вы не можете не заметить окончания основного запаса воздуха. С дру­гой стороны — любой механизм занимает объем, имеет вес и требу­ет ухода. Сегодня во всем мире налицо тенденция к отказу от меха­низма резерва, по крайней мере при погружениях в обычных усло­виях.

Крепление баллонов

В подавляющем большинстве случаев акваланги надеваются за спину как рюкзаки. Существуют и другие варианты: например, при подводном скоростном плавании или подводном ориентировании единственный баллон удерживается спортсменом за вентиль впере­ди на вытянутых руках. При креплении баллона за спиной возможны три разновидности конструкции:

1. Один или два баллона крепятся с помощью ремня (иногда — двух ремней) к жилету—компенсатору. Это наиболее распро­страненный в мировой практике способ крепления. В случае двухбаллонного блока часто используется пара крепежных бол­тов. Подробнее эти механизмы разбираются в главе, посвящен­ной компенсаторам плавучести,

2. Один или два баллона таким же образом крепят к специальной анатомической спинке, снабженной плечевыми и поясными ремнями.

3. Ремни крепятся к металлическим хомутам, охватывающим бал­лонный блок. Такой способ крепления используется в большин­стве отечественных аквалангов. У них, как правило, кроме пле­чевых и поясных ремней имеются брасовые — идущие между ног подводника. Назначение брасового ремня — предотвратить смещение акваланга наверх; неудобство — необходимость предварительного расстегивания при снятии или аварийном сбрасывании грузового пояса. Хорошо подогнанный по вашей талии поясной ремень делает брасовый необязательным. Сов­ременное любительское снаряжение международного стандар­та, как правило, не предусматривает его наличие.

Глава 2.4. Регулятор

В применении к аквалангу термин "регулятор" появился в лекси­ке отечественных подводников совсем недавно. До того в русском языке не существовало единого общепринятого термина для редук­тора, легочного автомата и соединяющего их шланга. Это было дос­таточно неудобно, что и вызвало быстрое заполнение пустого места в языке, как только широкому кругу пользователей в России стало доступно иностранное снаряжение и соответствующая литература. Английское "regulator" легко русифицировалось и прижилось как в устной речи, так и в литературе.

Основная задача регулятора — понизить высокое давление пода­ющегося из баллонов воздуха до давления окружающей среды и обеспечить подводнику возможность свободного вдоха и выдоха.

Допустимо техническое решение, при котором это будет происхо­дить в одном узле и в один этап. Однако наиболее удобным оказа­лось двухступенчатое уменьшение давления. На первом этапе оно снижается до уровня, превышающего давление окружающей среды на 5— 10 атм. Это происходит в узле, именуемом редуктором (first stage). Далее воздух подается в легочный автомат (second stage), где его давление выравнивается с давлением окружающей среды. Из легочного автомата воздух подается на вдох, и через него же проис­ходит выдох.

Первые акваланги имели так называемые совмещенные регулято­ры: редуктор и легочник располагались в едином корпусе непосредст­венно на выходе из вентильного механизма аппарата. С одной сторо­ны ко рту шел гофрированный шланг вдоха, входящий в мундштуч­ную коробку с загубником, с другой — из мундштучной коробки вы­ходил шланг выдоха, следующий за спину подводника в легочный ав­томат, где заканчивался клапаном выдоха. Так устроен первый отече­ственный серийный акваланг — АВМ— 1М. При горизонтальном по­ложении такого аппарата легочный автомат располагается выше лег­ких пловца. Давление воздуха, выходящего из легочника, равно дав­лению окружающей среды, а, значит, немного меньше давления дей­ствующего на легкие. Результат — затрудненный вдох при плавании. Если в таком аппарате перевернуться на спину — воздух все время будет подаваться на вдох. Гораздо удобнее оказалось использовать разнесенные системы, в которых редуктор крепится на вентильный механизм акваланга, а легочный автомат находится непосредственно около рта подводника. Редуктор и легочник в этом случае соединены гибким шлангом промежуточного давления. Сегодня именно так уст­роены все регуляторы, выпускаемые промышленностью для широко­го применения. Они называются "двухступенчатые регуляторы с раз­несенными ступенями редуцирования", и именно с их устройством и разнообразием мы знакомим Вас в настоящей книге.

Как быть левше? Совет начинающим подводникам

В течение нескольких десятилетий вся мировая промышленность выпускала регуляторы "под правую руку": шланг низкого давления обходит тело подводника и входит в легочник с правой стороны, что делает удобным выполнение всех манипуляций с легочником именно правой рукой. С изобретением компенсатора плавучести (глава 2.8) в левую руку подводника был вложен инфлятор — деталь компенсато­ра, на которой расположены кнопки регулировки плавучести. Сов­ременная промышленность, ориентированная на максимальное удобство для пользователей, выпускает инвертируемые легочники и компенсаторы, которые могут собираться, как в обычном варианте, так и в зеркальном: шланг к легочнику — слева, инфлятор компенса­тора — справа. Вопрос в том, насколько это нужно. Когда Вы овладе­ваете техникой плавания с аквалангом, ваши руки привыкают к вы­полнению некоторых стандартных действий с легочником и инфлятором компенсатора. Трудно сказать, на какую руку ложится более сложная, требующая лучшей координации нагрузка. Если Вы левша, это совсем не значит, что необходимые навыки в стандартном снаря­жении будут даваться Вам тяжелее, чем в "зеркальном". Привыкнув к "леворукому" снаряжению, Вам будет сложнее пользоваться стан­дартным. Если Вы абсолютно уверены, что всегда будете иметь при себе собственный инвертируемый комплект и никогда не окажетесь перед необходимостью воспользоваться каким — либо другим редук­тором или компенсатором — учитесь на том снаряжении, какое вам больше нравится. Если Вы допускаете иные ситуации — с самого на­чала привыкайте к стандартному варианту. Еще раз повторим, что мы не видим в нем каких-либо неудобств для левшей.

Глава 2.5. Редуктор

Основная задача редуктора — уменьшить давление воздуха, вы­ходящего из баллонов, до давления, превышающего давление окру­жающей среды на некоторую величину, в пределах 5—10 атм. (как правило, 8 — 9).

Базовые принципы работы различных моделей редукторов мало отличаются друг от друга. Рассмотрим наиболее простую конструк­цию. Редуктор, схема которого изображена на рисунке 2.6, имеет три камеры, подвижный поршень и пружину. Форма подвижного поршня такова, что его торцевые поверхности имеют различную площадь. По­верхность меньшей площади снабжена прокладкой из полимерного материала и при опускании поршня вниз (см. рисунок) закрывает со­бой отверстие, через которое поступает воздух из баллона. Эта поверхность именуется подушкой клапана, а закрываемое ею отверстие — седлом клапана. Вместе они образуют клапан редуктора. Поверх­ность большей площади обращена в верхнюю камеру редуктора. Вну­три поршня проходит канал, соединяющий нижнюю и верхние каме­ры редуктора. Средняя камера сообщается отверстием с окружаю­щей средой. Пока баллонный вентиль закрыт, пружина удерживает поршень в верхнем положении, при котором клапан редуктора от­крыт. При открывании вентиля воздух под высоким давлением устре­мляется через открытый клапан в нижнюю камеру редуктора, из кото­рой по каналу в поршне проходит в верхнюю камеру. Давление в обе­их камерах нарастает практически одновременно. Давление в верх­ней камере начинает действовать на поршень с возрастающей силой.

Сила давления воздуха на верхнюю поверхность поршня во столь­ко же раз превышает силу, оказываемую таким же давлением на ни­жнюю его поверхность поршня, во сколько площадь верхней поверх­ности превышает площадь нижней. Таким образом, указанные силы, действующие на поршень с двух сторон, уравниваются, когда давле­ние в верхней камере значительно уступает давлению на подушку клапана. Снизу на поршень действуют еще две силы: упругости пру­жины и давления окружающего воздуха или воды. Давление воздуха в нижней и верхней камере редуктора продолжает расти до тех пор, пока увеличивающаяся сила давления воздуха на поршень в верхней камере (сверху вниз) не превысит сумму трех сил, действующих в об­ратном направлении: давления воздуха на подушку клапана, давления окружающей среды и упругости пружины. Далее происходит закры­тие клапана редуктора. В большинстве систем площади поверхностей поршня и упругость пружины подобраны таким образом, что при ра­бочем давлении в баллонах полное закрытие клапана редуктора про­исходит при давлении в верхней камере, на 8 — 9 атм. превышающем давление окружающей среды. Это давление называетсяпромежуто­чным. На поверхности оно равно соответственно 9 — 10 атм. Значение промежуточного давления на поверхности называетсяустановоч­ным давлением редуктора. На глубине Юм давление в средней каме­ре редуктора увеличится на 1 атм. и, соответственно, на столько же увеличится давление в верхней камере редуктора, необходимое для закрытия клапана, т.е. промежуточное. Из нижней камеры редуктора имеется выход для подачи воздуха в легочный автомат. При вдохе да­вление воздуха в нижней и верхней камерах редуктора падает и кла­пан открывается, перепуская очередную порцию воздуха в редуктор. Таким образом, последний обеспечивает подачу воздуха под давлени­ем, на 8 — 9 атмосфер превышающим давление окружающей среды. Герметизация камер в описанном редукторе достигается кольцевыми резиновыми прокладками на поршне и в местах подсоединения шлангов высокого и среднего давления.

Мы привели пример классической конструкции редуктора, про­веренной более чем тридцатилетней практикой использования. По­добные устройства называютсяпоршневыми несбалансированны­ми редукторамипоточного действия. Что это значит и какие еще бы­вают типы редукторов ?

Поршневые и мембранные редукторы

Если подвижной деталью — управляющим элементом — является не поршень, а резиновая мембрана, соединенная со штоком клапана, такие редукторы называются мембранными (рис 2.7). Как правило, их устройство более сложно, они содержат больше подвижных дета­лей. Поршневые редукторы в целом более надежны и просты в тех­ническом обслуживании: замена кольцевых резиновых уплотните­лей — операция простая и быстрая. Смена мембраны — работа более сложная. Недостатком поршневого редуктора является подвержен­ность заклиниванию при образовании наледи на трущихся поверх­ностях поршня и стенки редуктора или при попадании в зазор меж­ду ними частичек грязи. Поэтому мембранные редукторы часто ис­пользуют при погружении в холодной или загрязненной воде. Более подробно этот вопрос разбирается ниже.

Поточные и противоточные редукторы (прямого и обратного действия)

В поточном редукторе клапан открывается в том же направлении, в котором через него идет воздушный поток, в противоточном — в противоположную сторону. Поршневые редукторы за редчайшим исключением всегда имеют поточный механизм, мембранные — противоточный.

Сбалансированные и несбалансированные редукторы

В описанном выше поточном поршневом редукторе давление воз­духа из баллонов служит одной из сил, открывающей клапан. Естест­венно, с расходом воздуха в аппарате, высокое давление падает, а значит, падает и промежуточное давление, т.к. все меньших и мень­ших усилий хватает на закрывание клапана редуктора. Результат — увеличение сопротивления дыхания при уменьшении запаса возду­ха. В редукторе с противоточным клапаном наблюдается обратная ситуация — промежуточное давление растет с падением высокого. Возможны разнообразные технические решения, исключающие влияние величины высокого давления на величину промежуточного до тех пор, пока первое превышает второе. Наиболее распростране­ны следующие.

1. Введение дополнительной поверхности поршня. Такое реше­ние, как правило, используется в мембранных редукторах. Вер­немся к схеме такового (рис. 2.7). Высокое давление действует на тарелку клапана в двух направлениях — на открытие и на за­крытие клапана. Вторая сила при этом превышает первую, так как развивается за счет давления на большую площадь. Это оз­начает, что чем ниже высокое давление, тем выше должно быть промежуточное, достаточное для закрытия клапана. Изменив форму поршня так, как показано на рис. 2.8, можно выровнять площади поверхностей, подвергающиеся воздействию высоко­го давления в сторону открытия и закрытия клапана. "Лишняя" поверхность при этом выносится в дополнительную камеру, за­полненную воздухом среднего давления. 2. Исключение воздействия высокого давления на управляющий элемент редуктора. Как правило, это решение используется в поршневых редукторах. Принципиальная схема такого реше­ния приведена на рис. 2.9. Нижняя камера здесь служит камерой высокого давления, а седло и подушка клапана меняются местами: подушка неподвижно располагается на торцевой сто­роне камеры высокого давления, а подвижным седлом служит нижняя оконечность поршня. Выход воздуха среднего давле­ния происходит из верхней камеры редуктора. При отсутствии высокого давления пружина удерживает поршень в верхнем положении — клапан открыт. При повышении давления в ниж­ней камере воздух проходит сквозь канал в поршне в верхнюю и по достижении в последней установочного давления клапан закрывается. Таким образом, полностью исключается воздей­ствие высокого давления на работу поршня. В данном случае весь поток воздуха проходит через канал в поршне, поэтому для обеспечения нормальной пропускной способности редуктора диаметр канала должен быть больше, чем в конструкции, изоб­раженной на рис. 2.6.

Расход воздуха

Расход воздуха — величина, характеризующая пропускную спо­собность редуктора. Расход воздуха измеряется количеством возду­ха в литрах, который способен пропустить через себя редуктор за одну минуту при постоянно открытом клапане. Эта величина во много раз превосходит реальный расход воздуха при погружении и характеризует возможную скорость прохождения воздуха через редуктор, которая должна превышать максимальную скорость по­тока воздуха, потребляемого легкими подводника при глубоком и резком вдохе. В противном случае в момент наиболее активного ды­хательного движения возрастает сопротивление дыханию. Боль­шинство современных редукторов имеют расход воздуха от 1 до 4 тыс. л/ мин.

Способы подсоединения редукторов к баллонам

Способы подсоединения редукторов к баллонным блокам подроб­но разобраны при описании последних. Большинство современных зарубежных производителей выпускают каждую модель редуктора как в YOKE, так и в DIN вариантах, причем они совместимы. Как пра­вило, узел крепления к баллону вкручен в редуктор с помощью стан­дартной резьбы, так что Вы можете вывинтить из редуктора струб­цину (YOKE) и вкрутить на ее место адаптер варианта DIN и наобо­рот. Впрочем, лучше не делать этого самостоятельно, а обратиться к квалифицированным специалистам. Так или иначе, приобретая ре­дуктор одного стандарта и адаптер другого, Вы можете пользоваться любым из них по своему усмотрению. Некоторые отечественные ре­дукторы имеют свой стандарт присоединения к баллонам. При необ­ходимости возможно использование дополнительных переходников с баллонов международных стандартов на наши редукторы и наобо­рот, но подобные переходники увеличивают количество соединений и размеры конструкции. Новейшая разработка отечественной про­мышленности — аппарат АВМ— 12—1 — имеет международное со­единение типа "DIN".

Выходы из редуктора

Выходы из редуктора часто именуются портами. Наиболее рас­пространенными вариантами, отвечающими современным между­народным требованиям, являются редукторы с 1 — 2 выходами высо­кого давления и 3 — 4 выходами среднего давления. Большинство ми­ровых производителей соблюдают единые стандарты обозначений и резьб портов. Порты высокого давления маркируются "HP" (high pressure) и имеют внутреннюю резьбу диаметром 7/16" (7/16 дюй­ма). Часто маркировка "HP" заменяются указанием высокого давле­ния в атмосферах на которое рассчитан редуктор, например, 200 или 300. Наличие одного выхода высокого давления обязательно для сов­ременных редукторов и необходимо для подключения выносного — расположенного на гибком шланге — манометра высокого давления (см. главу 2.10). Второй выход высокого давления может предназна­чаться для независимого подсоединения датчика давления индивиду­ального компьютера (глава 2.10). Выходы среднего давления как правило лишены маркировки и имеют стандартную внутреннюю резьбу 3/8" (иногда — 1/2"). Минимальное количество портов сред­него давления — три — предназначается для подсоединения:

· легочного автомата;

· компенсатора плавучести;

· запасного легочника или клапана поддува сухого костюма.

· Четыре порта среднего давления позволяют подключать запасной легочник и поддув сухого костюма одновременно.

Редукторы комплектуются заглушками к незадействованным портам.

Редуктор нового отечественного аппарата АВМ—12—1 — имеет 4 порта среднего давления международного стандарта — с внутрен­ней резьбой 3/8". Хорошо известные российским подводникам реду­кторы типа АВМ—5 имеют лишь один выход среднего давления, предназначенный для легочного автомата и имеющий внешнюю резьбу диаметром 18 мм. Выход высокого давления в этом редукторе отсутствует: укомплектованные ими акваланги либо имеют систему предупреждения подводника о скором окончании запаса воздуха в виде резервного механизма, как аппараты АВМ — 5 и АВМ — 7, либо в дополнение к системе резерва снабжены выносным манометром, от­ходящим прямо от баллонного блока, как в акваланге "Подвод­ник—2". Редуктор аппарата "Подводник—4" имеет выход высокого давления с внешней резьбой 14 мм и укомплектован выносным мано­метром. Выход среднего давления в этой модели также единствен­ный. Естественно, до начала свободного поступления в нашу страну снаряжения международных образцов, отечественные подводни­ки—умельцы создали различные варианты дополнительных портов для подключения жилета—компенсатора плавучести. Наиболее уда­чный вариант — подсоединение к резьбе, в которую должен вкручи­ваться предохранительный клапан редуктора, специального тройни­ка, имеющего резьбу для подсоединения предохранительного клапа­на и дополнительную резьбу для выхода среднего давления к компен­сатору. Возможен также "четверник" — с еще одним портом для за­пасного легочного автомата.

Как правильно задействовать порты редуктора?

Ответ прост: в стандартном снаряжении шланги к основному и за­пасному легочному автомату лучше всего располагать справа, а шланги поддува компенсатора и сухого гидрокостюма — слева (рис. 2.10, фото 2.8). Шланг высокого давления на манометр или компью­тер подсоединяется, как правило, с левой стороны. Во многих ино­странных редукторах есть механизм, позволяющий по вашему жела­нию выбрать оптимальное направление выходов шлангов среднего давления: та часть корпуса, на которой располагаются порты средне­го давления может поворачиваться вокруг своей продольной оси. Та­кой механизм называется турельчатым, или карусельным (swivel).

Общая компоновка редуктора

Наиболее распространенные варианты конструкций междуна­родного стандарта представлены на фото 2.9. Форма корпуса редук­торов разнообразна, но более — менее приближена к цилиндричес­кой, так как внутри любого редуктора имеется либо цилиндрический поршень, либо дисковидная мембрана. Продольная ось корпуса ре­дуктора либо параллельна, либо перпендикулярна оси крепления к аквалангу. В первом случае вся конструкция получается более ком­пактной. Именно так устроены недорогие редукторы, сочетающие простоту и надежность (фото 2.9 А). Такая компоновка позволяет расположить по окружности 4 или 5 выходов воздуха: один порт вы­сокого давления и 3 — 4 порта среднего давления. Большее количест­во портов неудобно размещать по одной окружности, а удлинение корпуса сделает редуктор опасным для вашего затылка.

Удлинение корпуса редуктора и размещение большего количест­ва выходов возможно при перпендикулярной ориентации корпуса относительно оси крепления к баллонному блоку (фото 2.9 Б, В). В та­ком случае один или два порта высокого давления размещаются око­ло крепления к баллонам, а 4 — 5 портов среднего давления — на дру­гом конце корпуса. Необходимо добавить, что порты среднего давле­ния могут располагаться на редукторе равномерно, а также со сме­щением на одну из сторон или попарно. При задействовании четы­рех равномерно размещенных портов два шланга оказываются на­правленными под некоторым углом назад от тела пловца. Цепляясь за окружающие предметы, эти порты причиняют лишние хлопоты, особенно при передвижении в пещерах, затопленных помещениях или в зарослях водорослей.

Третий вариант общего исполнения редуктора, показанный на фото 2.9 Г, Д, весьма компактен и, к тому же, позволяет использовать 2 порта высокого давления и 4 среднего. Расположение портов в ре­дукторе такой конструкции весьма удобно — даже при полном за­действовании портов все шланги направлены в стороны или под не­большим углом вперед. Оптимальное использование выходов пока­зано на фото 2.8. Подобным образом устроен редуктор отечествен­ного аппарата АВМ —12—1.

Общая компоновка других отечественных редукторов возможна в двух вариантах. В первом случае имеется единственный выход сре­днего давления, расположенный в основании редуктора напротив предохранительного клапана (фото 2.7 В), во втором — на этом месте помещен выход высокого давления, а выход среднего находится на крышке редуктора (фото 2.7 Г).

Замерзание редуктора

В редукторе воздух, выходящий из баллонов, расширяется и при этом охлаждается. Этого охлаждения может оказаться достаточно, чтобы при положительной температуре окружающей воды темпера­тура внутри редуктора опустилась ниже нуля. Результат — выпаде­ние водяного конденсата и образование наледи на внутренних по­верхностях редуктора.

Вероятность образования наледи зависит от температуры окру­жающей среды, интенсивности вашего дыхания (чем больше расши­ряющегося воздуха проходит через редуктор, тем сильнее он охлаж­дается) и влажности воздуха в баллонах. При неблагополучном сте­чении обстоятельств, образование льда в редукторе возможно при температуре воды + 10 °С и ниже. Наледь, образовавшаяся на рабо­чей поверхности клапана или соприкасающихся поверхностях поршня и корпуса редуктора, может нарушить нормальную работу механизма — что и называется замерзанием редуктора. В зависимо­сти от конкретных обстоятельств оно может привести к избыточной либо недостаточной подаче воздуха в систему среднего давления. Первое приведет к повышению давления и может вызвать самопро­извольную подачу воздуха легочником, второе — к затруднению ды­хания вплоть до полной невозможности вдоха. Современной про­мышленностью выпускаются редукторы, приспособленные для ра­боты в холодной воде: вероятность их замерзания ничтожно мала. Наиболее подвержены замерзанию части редуктора, соприкасающиеся своими трущимися поверхносностями с водой, заполняющей камеру давления окружающей среды. Как этого избежать? Есть два способа:

1. Изолировать воду в камере давления окружающей среды от трущихся поверхностей редуктора. Так, например, устроены мембранные редукторы (рис 2.7, 2.8).

2. Изолировать камеру давления окружающей среды от окружа­ющей воды. Это решение применяется как в поршневых, так и в мембранных редукторах путем заполнения упомянутой каме­ры специальной жидкой силиконовой смазкой и герметизации ее объема посредством небольшой резиновой прокладки. Дав­ление окружающей среды передается через прокладку на сма­зку внутри камеры и затем на поршень. Имеются модели мембранно-поршневых редукторов, в кото­рых используется комбинированная защита от замерзания. Мембра­на изолирует поршень от камеры среднего давления — чтобы избе­жать нарушения работы поршня за счет замерзшего конденсата из воздуха, а камера окружающего давления заполнена незамерзаю­щей смазкой.

Фильтрация воздуха

Все редукторы снабжены фильтрующими элементами, исключа­ющими попадание твердых частиц из баллонов в регулятор. В сов­ременных редукторах международного стандарта, как правило, применяются конические фильтрующие элементы, которые позво­ляют наиболее эффективно размещать фильтрующую поверхность в потоке воздуха. В отечественных редукторах используются ци­линдрические фильтры. И те и другие приспособлены для быстрой и удобной замены.

Глава 2.6. Легочные автоматы

Основная задача и принцип работы легочного автомата

Вспомним основы физиологии дыхательной системы человека:

вдох и выдох возможны лишь при условии, что давление вдыхаемого и выдыхаемого воздуха равно или почти равно внешнему давлению, действующему на легкие. Назначение легочного автомата именно в том, чтобы обеспечить это условие в течение всего дыхательного ци­кла и в течение всего погружения. Все легочные автоматы имеют мембрану в качестве управляющего элемента. Использование порш­ня принципиально возможно, но не оправдано ни конструктивно, ни технологически.

Корпус легочника поделен дисковидной мембраной на две каме­ры: водную и воздушную (рис. 2.12). Водная сообщается отверстиями с окружающей средой. На суше она содержит воздух, а при погруже­нии заполняется водой. В воздушную камеру посредством клапана вдоха открывается шланг с воздухом среднего давления, воздушная камера имеет выход с загубником и один или два клапана выдоха. Так же как и в редукторах, клапан вдоха в легочнике может быть по­точного или противоточного типа.

Итак, вентиль баллона открыт, загубник находится во рту. Кла­пан вдоха закрыт: если он поточный — его закрывает пружина, ес­ли противоточный (рис. 2.12) — среднее давление воздуха. Клапан выдоха также закрыт за счет собственной силы упругости. Давле­ния в водной и воздушной камерах равны друг другу и давлению окружающей среды. Когда мышцы грудной клетки совместно с диафрагмой развивают усилие вдоха, давление в воздушной камере начинает уменьшаться. Под действием неизменного внешнего дав­ления мембрана прогибается и нажимает на рычаг, соединенный с клапаном. Конструкции клапанов бывают достаточно разными, но во всех случаях движение рычага вызывает открывание клапана вдоха. Воздух из системы среднего давления начинает поступать в воздушную камеру легочника и далее — через загубник и дыхатель­ные пути — в легкие. При этом воздух на выходе из клапана расши­ряется, и его давление несколько падает по сравнению с давлением окружающей среды. Эта разница в современных легочных автома­тах не превышает 5 см водного столба и необходима для поддержа­ния клапана в открытом состоянии. Чем энергичнее вдох — тем сильнее прогибается мембрана и сильнее открывается клапан. Чем слабее усилие вдоха — тем меньше прогибается мембрана и мень­ше воздуха поступает в легочник. При завершении вдоха — точнее, когда наша мускулатура перестает развивать усилие необходимое для поддержания клапана в открытом состоянии и давление в камере легочника выравнивается с давлением окружающей среды — мембрана возвращается в исходное положение и клапан закрыва­ется.

Таким образом, для вдоха из легочного автомата дыхательная му­скулатура должна развить усилие в пределах 5 см водного столба, чтобы открыть клапан вдоха и поддерживать его в открытом состоя­нии. Для каждой модели легочника эта величина известна, обяза­тельно внесена в сопутствующую документацию и называетсясо­противлением вдоху. Слишком большое сопротивление вдоху раз­вивает усталость дыхательных мышц и вредно по ряду медицинских показателей.

Когда мы начинаем делать выдох, давление в воздушной камере возрастает до величины, необходимой для открытия клапана (кла­панов) выдоха. Эта величина называетсясопротивлением выдоху и также не превышает в современных моделях 5 см водного столба. Когда усилие выдоха становится меньше этой величины, клапаны выдоха закрываются.

Величины, сопротивления вдоха и выдоха являются "сухопутны­ми", т.е. характеризуют работу легочного автомата на воздухе. При погружении в воду появляются дополнительные факторы, изменя­ющие усилия дыхания из акваланга. Если легочник находится на одном уровне с вашими легкими (рис. 2.13 А), величины сопротив­ления вдоха и выдоха примерно равны таковым на суше. Если лего­чник выше легких (рис. 2.13 Б), давление воды, действующее на мембрану и клапаны выдоха, несколько меньше, чем на ваши лег­кие, что слегка затрудняет вдох и облегчает выдох. Если же легоч­ный автомат ниже ваших легких (рис. 2.13 В) — вдох становится легче, выдох — тяжелее. Очевидно, что при погружении положе­ние вашего тела постоянно меняется, а вместе с ним меняются ди­намические характеристики работы легочного автомата. Сопроти­вление вдоху и выдоху может изменяться в зависимости от темпе­ратуры окружающей среды и глубины. Сильное течение или волны способны вызывать несанкционированную подачу воздуха увели

Легочник обязательно должен обладать системой принудитель­ной подачи воздуха. В подавляющем большинстве случаев, в середи­не передней поверхности легочника (рис. 2.12) имеется кнопка, на­жатие на которую прогибает мембрану и открывает клапан вдоха. После нажатия кнопка возвращается на место пружиной. Принуди­тельная подача воздуха позволяет очищать воздушную камеру лего­чника от попавшей внутрь воды без выдоха, напрямую используя воздух из аппарата.

Так устроены наиболее простые модели легочных автоматов, удобные и надежные в эксплуатации и проверенные более чем 40-летним сроком применения. Однако конструкторская мысль не стояла на месте все это время, и с тех пор, появилось множество тех­нических решений, делающих легочные автоматы более комфорт­ными и безопасными. Основные усилия конструкторов были напра­влены на уменьшение сопротивления вдоху и выдоху, облегчение ре­гулировки этих параметров подводником, создание специальных не­замерзающих моделей. Помимо этого, разработано огромное коли­чество мелких приспособлений и хитростей, облегчающих эксплуа­тацию легочников. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся ва­рианты современных легочных автоматов.

Материалы

Корпус большинства легочников выполнен из пластика, хотя есть и металлические модели. Передняя поверхность некоторых новей­ших образцов резиновая, что позволяет обходится без кнопки при­нудительной подачи воздуха — достаточно нажать в любом месте на мягкую переднюю поверхность легочного автомата.

Мягкие детали — мембрана, загубник, клапаны выдоха, — в сов­ременных моделях, как правило, изготовлены из силикона. Этот ма­териал имеет ряд преимуществ перед резиной: он мягче, эластичнее и — вместе с тем — долговечнее. Но и легочники с резиновыми дета­лями достаточно удобны. Средняя часть мембраны, соприкасающая­ся с рычажком, обязательно укреплена металлической или пластико­вой пластинкой.

Вход для воздуха среднего давления и составные элементы клапа­на вдоха выполняются из нержавеющих металлических сплавов. В некоторых моделях, специально приспособленных к погружению в холодной воде, элементы подвижных узлов изготавливаются из твер­дых и прочных водоотталкивающих пластмасс — во избежание об­разования наледи на трущихся поверхностях.

Остальные составные части легочника (кнопка принудительной подачи воздуха, регулировочные приспособления и т.д.) могут вы­полняться как из металла, так и из пластика. Поточные и противоточные (прямого и обратного действия) клапаны вдоха

Подавляющее большинство современных производителей под­водного снаряжения выпускает легочные автоматы с клапанами вдо­ха поточного типа. Это позволяет использовать редукторы без специальных предохранительных клапанов — повышение среднего давле­ния в системе вызывает открывание клапана вдоха легочного авто­мата, который и выпускает избыточный воздух (см. ниже). Отечест­венная промышленность производит легочные автоматы с клапана­ми вдоха противоточного типа. Их преимущество в уменьшении уси­лия вдоха при падении среднего давления, препятствующем открыванию клапана.

Сбалансированные и несбалансированные легочные автоматы

Если редуктор регулятора несбалансированный, среднее давле­ние постепенно уменьшается по мере падения высокого, если сба­лансированный — среднее давление будет постоянно при высоком, превышающем 20 — 30 атм., ниже этой величины — начнет посте­пенно уменьшаться. Когда давление в баллонах опускается ниже установочного давления редуктора, среднее давление, естественно, также начинает падать независимо от конструкции редуктора. Как в поточном, так и в противоточном клапанах величина среднего да­вления воздуха влияет на открывание клапана вдоха: в первом слу­чае — помогая ему, во втором — препятствуя. Понижение среднего давления помешает клапану открыться — а значит увеличит сопро­тивление на вдохе — в первом случае и, наоборот, облегчит откры­вание клапана во втором. Сбалансированные конструкции клапа­нов делают сопротивление вдоха практически независимым от из­менения среднего давления. По очевидным причинам это особенно актуально для поточных легочников. Наиболее распространенное техническое решение балансировки легочного автомата — введе­ние дополнительной поверхности, на которую оказывает действие среднее давление. Как Вы помните, подобное же решение исполь­зуется для балансировки редукторов и подробно обсуждается в гла­ве 2.5.

Уменьшение сопротивления вдоху

Сбалансированный легочник при уменьшении запаса воздуха в баллонах исключает рост сопротивления вдоху, но не влияет на эту величину саму по себе. Сопротивление вдоха состоит изначального усилия, необходимого для открывания клапана, иподдерживающе­го усилия, необходимого для сохранения клапана в открытом поло­жении. Для простых легочников, подобных изображенному на рис. 2.12, эти величины практически равны, а график изменения ды­хательного усилия от времени показан на рис. 2.14 А.

Множество технических решений, снижающих сопротивление вдоху, можно разделить на две группы: уменьшающие поддержива­ющее усилие и уменьшающие усилие вдоха в целом. Поддерживаю­щее усилие по времени в несколько раз продолжительнее начально­го, поэтому поиск технических решений, уменьшающих первое, бо­лее перспективен и актуален.

Наиболее распространенный вариант уменьшения поддержива­ющего усилия — использование эффекта инжектирования воздуха. Из закона Эйлера — Бернулли следует, что чем выше скорость потока газа, тем ниже его давление. В часы пик в метро самая большая дав­ка ожидает нас при входе на эскалатор, в самом начале сужения, а на самом эскалаторе, где развивается максимальная скорость потока — давление со стороны окружающих становится минимальным. Самое начало сужения в строгом понимании — это и есть самое широкое место, где давление максимально. Последнее утверждение спорно в применении к метрополитену, но ведь человеческий поток и не дол­жен строго подчиняться законом газовой динамики. Итак, если воз­дух выходит из клапана вдоха через узкое сопло с большой скоро­стью, давление в нем тем ниже, чем выше скорость потока. Обратим­ся к рис. 2.15 (общая схема эффекта). В результате усилия вдоха в воздушной камере легочника развивается пониженное давление, не

В некоторых современных конструкциях легочников эффект инжектирования настолько силен, что усилие необходимо лишь для на­чальной фазы вдоха, а дальше воздух как будто сам "закачивается" в ваши легкие. Как только вы заканчиваете движение вдоха, скорость потока уменьшается, давление в воздушной камере возрастает и мембрана возвращается на свое место — клапан закрывается. Возмо­жные варианты зависимости усилия вдоха от времени для легочни­ков с инжекцией воздуха приведены на графике (рис. 2.14 Б). Как ви­дите, общая нагрузка по сравнению с диаграммой на рис. 2.14 А сни­жается в несколько раз, а значит — в несколько раз уменьшается ус­талость мышц, участвующих в дыхании подводника.

Применение байпасных (обводных) трубок