ILoveDiving.ru

Автономные аппараты с использованием для дыхания газовых смесей

Аппарат МК-8 (полузамкнутая схема дыхания)

Аппараты с газовой смесью, работающие по полузамкнутой схеме, выпускаются несколькими фирмами и в недалеком будущем, по-видимому, станут широко применяться при погружениях на относительно большие глубины. В конструкции этих аппаратов имеются решения, представляющие собой частные производственные секреты этих фирм, не подлежащие разглашению. Хотя автономный водолазный аппарат ВМС модели МК-8 не являетсй оптимальным воплощением требований, предъявляемых к такого рода оборудованию, в нем заключены конструктивные принципы, сходные с теми, которые закладываются в конструкции аппаратов, разрабатываемых частными компаниями. Устройство аппарата МК-8 описано в технической документации и ниже излагается подробно с целью освещения общих принципов действия аппаратов такого типа.

Схема дыхательного аппарата. Автономный водолазный аппарат МК-8 (рис. ПП.1) применяется главным образом для погружений при различного рода аварийных ситуациях. Он работает по полузамкнутой схеме дыхания и имеет дополнительную аварийную систему с открытым циклом дыхания.

Основная подача газовой гелиево-кислородной смеси в систему осуществляется по питающему шлангу из транспортной водолазной камеры при давлении, равном давлению окружающей воды. Шланг присоединяется к аппарату посредством бы-строразъемного соединения на перекидном клапане, расположенном с правой стороны жилета. При помощи шарикового клапана водолаз может включить подачу газовой смеси либо из питающего шланга, либо из аварийного баллона, находящегося в заплечном ранце.

Из перекидного клапана газ поступает к регулятору расхода, обеспечивающему непрерывное поступление газа с заданной скоростью. Перепускной клапан, приводимый в действие рычагом, вначале позволяет увеличть расход газовой смеси, что необходимо для создания требуемого давления и подачи дополнительного количества газа водолазу. Газ попадает в дыхательную систему через штуцер на патрубке коробки с поглотителем, к которому присоединен шланг, идущий в мешок вдоха. При вдохе газ поступает из мешка через шланг вдоха и обратный клапан. Выдыхаемый газ проходит через клапан мундштучной коробки, обратный клапан выдоха и по шлангу поступает в мерок выдоха. В процессе выдоха мешок раздувается и в нем повышается давление. Около 20% выдыхаемого газа выпускается в воду через выпускной клапан, расположенный в верхней части мешка. Этот клапан водолаз может отрегулировать таким образом, что он будет срабатывать при различных значениях избыточного давления в пределах от 0,0175 до 0,07 кгс/см2.

Рис. ПП.1. Схема устройства дыхательного аппарата МК-8.
1 — кислородный датчик; 2 — дыхательный автомат; 3 — коробка с поглотителем двуокиси углерода; 4 — выпускной клапан; 5 — мешок выдоха (левый); 6 — перепускной рычаг; 7—жиклер; 8 — регулятор расхода; 9 — перекидной клапан; 10 — питающий шланг (нормальная подача газа); // — вывод в подводное обитаемое сооружение или транспортную водолазную камеру; 12—электрический штепсельный разъем; 13—мешок вдоха (правый); 14 — лицевая маска; 15 — вторая ступень дыхательного автомата; 16—первая ступень дыхательного автомата.

Вследствие перепада давления, возникающего между мешками выдоха и вдоха, газ протекает через коробку с поглотителем двуокиси углерода. На выходе из коробки установлен датчик парциального давления кислорода, передающий на станцию управления данные о содержании кислорода в смеси.

Аварийный запас газа находится в баллоне, установленном в заплечном ранце водолаза. Баллон, наполненный гелиево-ки-слородной смесью под давлением 158 атм, соединен с выпускным коллектором с двумя патрубками, к которым присоединены два запорных клапана. Выпускной патрубок, более удаленный от дыхательного автомата, соединен при помощи шланга с перекидным клапаном. Для предотвращения потерь аварийного запаса газа установлен шариковый клапан. Нормальное положение клапана — закрытое. В случае неисправности основной системы подачи газа по шлангу водолаз открывает клапан.

Дополнительная аварийная система с открытым циклом дыхания иначе называется системой со спасательным дыхательным автоматом, или аварийным устройством для оказания помощи. Ближайший к баллону выходной патрубок коллектора подводит газ к первой ступени автомата. Из первой ступени газ под давлением 10,9 атм по шлангу с быстродействующим разъемом подается во вторую ступень спасательного автомата — к мундштучной коробке и к продувочному клапану. Продувочный клапан открывается и подает дополнительное количество газа, чтобы освободить мундштучную коробку от воды. Обычно спасательный дыхательный автомат с помощью ремня крепится с правой стороны жилета у пояса. Если аварийное устройство оканчивается шлемом фирмы «Кирби-Морган» или лицевой маской, то вторая ступень спасательного дыхательного автомата помещается в шлеме или в маске.

Заплечный ранец. Заплечный ранец состоит из прессованной стеклопластиковой установочной панели с крышкой и крепежной арматурой. Они образуют корпус аппарата размером около 600X380X180 мм. Баллон с газом и коллектор крепятся к корпусу двумя скобами из нержавеющей стали. Коробка с поглотителем двуокиси углерода установлена вдоль баллона и удерживается двумя эластичными стяжками, которые входят в пазы, проделанные в корпусе. В верхней и нижней частях корпуса имеются лючки для регулировки и обслуживания.

Ранец соединен с жилетом водолаза при помощи стержня, входящего в петли на жилете и в выступ на установочной панели. Кроме того, два ремня, по одному с каждой стороны установочной панели, проходят сквозь скобы, размещенные в передней части жилета.

Баллон и коллектор. Баллон с коллектором обеспечивают подачу газовой сме!Ьи к основному и спасательному дыхательным автоматам. Баллон, изготовленный из оцинкованной стали, вмещает 6,4 л газа при начальном давлении около 158 атм. При помощи коллектора баллон соединяется с общей магистралью подачи и двумя выпускными патрубками, на которых установлены ручные запорные вентили. Каждый из этих вентилей можно открывать независимо от другого, причем подача газа из цилиндра не изменится.

Коллектор состоит из двух частей, соединенных шестигранными гайками и кольцевыми уплотнительными прокладками. Впускная часть коллектора через кольцевую уплотнительную прокладку соединяется с баллоном; в выпускной части расположены выходные отверстия и запорные вентили. Во впускной части установлены также предохранительная пробка и разрывная’ мембрана, рассчитанная на давление 240 атм. На концах коллектора имеются дренажные отверстия, которые делают безопасным выворачивание коллектора, когда баллон находится под давлением, причем после освобождения дренажных отверстий длина свинченных частей остается достаточной для удержания коллектора в баллоне.

Газ попадает во входную часть коллектора через отверстие в предохранительной трубке и затем поступает к корпусам запорных вентилей. По кольцевым каналам вокруг внешней стороны корпуса газ проходит в наклонный канал и далее вверх к отверстию в седле клапана. При открытом положении клапана газ обтекает клапан и поступает в выходной канал в корпусе клапана. Из выходного канала газ подается в основной дыхательный автомат водолазного аппарата. Спасательный дыхательный автомат присоединяется к ближайшему от баллона выходному патрубку только при погружении. Этот выходной патрубок используется также для зарядки баллона (спасательный дыхательный автомат на время зарядки отсоединяют).

Коробка с поглотителем. Коробка с химическим поглотителем двуокиси углерода (баралимом) помещается в заплечном ранце, рядом с баллоном для газовой смеси (рис. ПН.2). Она выполнена в форме шестигранника из нержавеющей стали и внутри разделена на три полости двумя перфорированными перегородками и. сплошной торцевой планкой. Коробка имеет четыре резьбовых патрубка: для заполнения баралимом, для впуска газа, для выпуска газа и для присоединения кислородного датчика. Два шланга низкого давления соединяют выходной и входной патрубки с мешками вдоха и выдоха. Коробка снабжена водяной рубашкой, внутри которой циркулирует горячая вода, омывая поверхность коробки, что способствует увеличению срока действия баралима.

Во внутреннюю полость коробки емкостью около 4,5 л насыпают 3,6 кг баралима. Поскольку баралим очень легко измельчается и превращается в пыль, после заполнения им коробки все шланги очищаются методом отсоса, благодаря чему исключается возможность попадания мелких частиц и пыли в дыхательную систему. При засыпке баралима внутрь коробки рекомендуется слегка постукивать по ее корпусу, чтобы заполнение было более равномерным и полным. После заполнения коробки в загрузочную горловину вставляют нажимную шайбу, пружину и плотно завинчивают резьбовую крышку.

Рис. ГШ.2. Схема устройства коробки с поглотителем двуокиси углерода.

Один из двух отходящих от коробки шлангов (тот, который более удален от патрубка для установки датчика кислорода) присоединяется к выходному штуцеру мешка вдоха. Выдыхаемый газ, содержащий двуокись углерода, под давлением от 0,0175 до 0,07 атм (в зависимости от регулировки выпускного клапана) проходит через перфорированную перегородку и затем через баралим. Двуокись углерода поглощается во внутренней полости, а очищенный газ проходит в полость выхода. Датчик кислорода в этой точке определяет содержание кислорода. Циркулирующий газ смешивается со свежим газом, поступающим через клапан регулировки расхода в выпускной шланг, и попадает в мешок вдоха.

Рис. ПП.3. Поперечный разрез дыхательного автомата. 1 —- игольчатый клапан входной полости; 2 —устройство для впуска газа; 3 — задающая полость; 4 — регулирующая полость; 5 — управляющая полость; 6—устройство для выхода газа; 7 — регулирующий клапан; 8 — игольчатый клапан задающей полости; 9 — дросселирующий жиклер; 10 — мембрана; 11 —- пружина мембраны.

Активность баралима сохраняется в течение нескольких часов и зависит от интенсивности работы водолаза в процессе погружений. Когда баралим насыщается двуокисью углерода, то розовый цвет его гранул превращается в голубой. Датчик кислорода посылает электрические сигналы к системе дистанционного управления, а водолаз может освежить газовую смесь в дыхательном мешке путем переключения рычага перепуска в клапане регулировки расхода.

Дыхательный автомат. Дыхательный автомат (рис. ПП.З), установленный на наиболее удаленном от баллона патрубке коллектора, снижает начальное давление поступающего из баллона газа, равное 157 атм, до заданного. Из автомата газ через перекидной клапан и регулятор расхода поступает в мешок вдоха. Равновесие между давлением на входе и выходе автомата поддерживает находящаяся под давлением задающая газовая полость. Конструкция автомата обеспечивает получение давления на выходе до 105 атм при давлении на входе 246 атм. Давление на выходе изменяется примерно на 1% при изменении температуры на 2,5° С и возрастает на 0,18 кгс/см2 при падении давления на входе на 7 кгс/см2 вследствие неуравновешенности усилий пружин.

В автомате имеются пять заполненных газом полостей (входная, выходная, управляющая, регулирующая, задающая), давление в которых определяет режим работы автомата. Входная полость заполнена газом при давлении, равном давлению в баллоне. Сжатый газ проходит через регулировочный клапан с одним седлом и попадает в выходную полость, а оттуда под уменьшенным давлением поступает к перекидному клапану. Выходная полость связана соединительным каналом с управляющей полостью, расположенной под мембраной. Вследствие этого управляющая полость находится под давлением, равным давлению на выходе, которое, воздействуя на мембрану, стремится переместить ее вверх, а вместе с ней — и регулировочный клапан. Это воздействие, в свою очередь, регулируется давлением в регулирующей полости, находящейся над мембраной. Регулирующая полость изолирована от входной полости и соединяется с задающей полостью дросселирующим отверстием. Давление в задающей полости заранее устанавливается таким, чтобы оно компенсировало давление на выходе, включая и небольшую силу сопротивления пружины клапана и воздействие на клапан давления на входе.

С подачей газа мембрана открывает впускной клапан, и во входную полость начинает поступать газ до тех пор, пока не наступит равновесие и не установятся заданные скорость прохождения газа через регулятор и давление в полостях. Давление в регулирующей и задающей полостях приблизительно равно давлению на выходе. При внезапном изменении давления на выходе дросселирующее отверстие и регулирующая полость, имеющая небольшой объем, играют роль демпферов, предотвращая вибрацию клапана. Игольчатые клапаны входной и задающей полостей служат для настройки автомата.

Перекидной клапан. Перекидной клапан позволяет вручную переключать подачу газа от любого из двух источников в процессе использования аппарата по полузамкнутой схеме дыхания. При нормальной работе водолаз дышит газом, поступающим по шлангу из транспортной водолазной камеры. В этом случае шариковый клапан закрыт и со стороны баллона давление на перекидной клапан не действует. Давление газа, подаваемого по шлангу, прижимает тело клапана с кольцевым уплотнйтеяьным пояском ко входному штуцеру подачи газа из баллона; при этом газ, подаваемый по шлангу, проходит через отверстия в теле клапана и поступает в общий выходной патрубок. Для перемещения тела клапана достаточен перепад давления менее 0,07 кгс/см2. Газ очищается от пыли с помощью установленного в магистрали фильтра.

В аварийных случаях, вызванных разъединением шланга или падением в нем давления, водолаз открывает шариковый клапан вручную, и газ из баллона начинает поступать через отверстия в. теле перекидного клапана в общий выходной патрубок. Ручной шариковый клапан играет роль предохранительного устройства, предотвращающего случайный выпуск газа из баллона, который мог бы произойти без ведома водолаза, если бы давление в подающем шланге упало ниже давления за редуктором, установленным на выходе из баллона.

Регулятор расхода газа. Регулятор обеспечивает постоянный массовый расход из того источника газа высокого давления, который был выбран при помощи перекидного клапана. Газ, проходящий через регулятор расхода, смешивается с газом, поступающим из коробки с поглотителем двуокиси углерода, после чего смесь направляется в мешок вдоха.

При разработке регулятора расхода предусматривалась возможность направлять поток газа через один из трех жиклеров, имеющихся в регуляторе. Выбор жиклера должен был осуществляться с помощью селектора при одновременном перекрытии остальных отверстий. В настоящее время в отверстие селектора вставляется жиклер, соответствующий условиям погружения, а два других отверстия заглушаются.

Когда перепускной рычаг находится в нерабочем положении, газ попадает во входной канал, затем в перепускную камеру и далее через фильтр и главный канал — в камеру селектора. Оттуда газ, пройдя через жиклер и выпускной канал, поступает к шлангу подачи газа в мешок вдоха.

При рабочем положении перепускного рычага шток клапана упирается в уплотнительную гайку под действием усилия пружины (перепускная камера уплотнена кольцевыми уплотнитель-ными поясками). Перепуск газа осуществляется нажатием на рычаг, который поднимает шток клапана. При этом газ из впускного канала направляется через уплотнительную гайку, по кольцевому пазу и через перепускной канал на выход.

Шланги. В аппарате МК-8 применяются три шланга типа «Синфлекс» с быстроразъемными соединениями. Их внутренний диаметр 4,76 мм, наружный—10,3 мм. Шланги многослойные: они состоят из бесшовной нейлоновой внутренней оболочки, двойного слоя нейлоновой армирующей оплетки и наружной по-лиуретановой оболочки. Каждый шланг без ущерба для работоспособности может выдерживать изгиб с минимальным радиусом 63 мм. Рабочее давление в шлангах достигает 183 атм.

Два шланга на обоих концах снабжены накидными муфтами разъемов типа Снэп-Тайт и отличаются друг от друга только длиной. Шланг длиной 1040 мм одним концом присоединяется к выходному штуцеру перекидного клапана, проходит вокруг верхней части жилета и присоединяется другим концом ко входному штуцеру регулятора, расхода. Шланг длиной 610 мм соединяет выходной штуцер дыхательного автомата с входным штуцером перекидного клапана. При выбранной конструкции разъемов для соединения или разъединения шлангов необходимо повернуть снабженную пазом накидную муфту с насечкой таким образом, чтобы паз совместился с выступом на штуцере. Фиксация соединения производится поворотом муфты.

Шланг подвода свежего газа имеет аналогичную конструкцию, но снабжен разъемами Хансена. Один конец шланга вставляется в шланг отвода газа от коробки с поглотителем СОг, а конец с муфтой присоединяется к штуцеру регулятора расхода.

Коммуникации. Система коммуникаций применяется для жизнеобеспечения водолаза при нормальном способе эксплуатации дыхательного аппарата, снабжает его газовой смесью и обеспечивает электрическую связь с транспортной камерой.

Шланг подачи газа и пучок электрических кабелей скреплены друг с другом через каждые 1,8 м. В комплекте с аппаратом поставляются две системы коммуникаций длиной 60 и 180 м; каждая из них оканчивается с обеих сторон электрической и пневматической присоединительной арматурой.

Электрический кабель соединяет транспортную водолазную камеру с наушниками водолаза, микрофоном и датчиком кислорода. Шланг подачи газа питает водолаза газовой смесью из транспортной водолазной камеры. Со стороны водолаза шланг снабжен быстродействующим разъемом, который присоединяется к перекидному клапану, расположенному у пояса водолаза с правой стороны.

Жилет, дыхательные мешки и выпускной клапан. Мешки вдоха и выдоха крепятся к жилету при помощи накладок, гаек и болтов. Жилет спереди снабжен застежкой «молния». Мешки располагаются на верхней части груди, плечах и заходят на спину. Объем каждого мешка, заполненного газом, составляет около 4000 см3. Перекидной клапан и регулятор расхода крепятся к жилету специальными защелками, которые используются также для закрывания карманов с грузами.

Разъемы для шлангов в передней части мешков соединяются с разъемами шлангов, идущих к маске; разъемы в задней части мешков соединяются с разъемами шлангов, идущих к коробке с поглотителем двуокиси углерода. В нижней части каждого мешка имеются закрытые пробками дренажные штуцера. Мешок выдоха снабжен отверстием с резиновым уплотнением для установки выпускного клапана. Вокруг резинового уплотнения расположен съемный стяжной хомутик, с помощью которого осуществляется крепление и уплотнение клапана в гнезде после установки.

Основными частями выпускного клапана являются корпус, диафрагма, пружина, крышка, шток, захват, регулятор (рис. ПП.4). При работе клапана регулировочный винт сжимает пружину, она передает усилие на шток клапана, который давит на диафрагму и прижимает ее к седлу. Давление в системе повышается как при подаче свежего газа из регулятора расхода, так и при выдохе водолаза. Когда усилие от давления газа в системе станет больше усилия, развиваемого пружиной, диафрагма отойдет от седла, и газ будет выходить через клапан до тех пор, пока усилие пружины снова не окажется достаточным для того, чтобы прижать шток и диафрагму к седлу. При помощи регулировочного винта выпускной клапан можно настроить на открытие при любом давлении в пределах от 0,0175 до 0,07 атм.

Спасательный дыхательный автомат. Спасательный дыхательный автомат работает по открытой схеме дыхания и обеспечивает подачу газовой смеси самому водолазу или его коллеге в аварийных ситуациях. Автомат состоит из блока первой ступени и соединенного с ним посредством шланга блока второй ступени, выполненного как единое целое с мундштучной коробкой. Блок первой ступени при помощи хомута закреплен на ближайшем к баллону выпускном патрубке коллектора, через который газ из баллона поступает в спасательный дыхательный автомат. Регулятор давления, обеспечивающий функционирование аппарата по полузамкнутой схеме дыхания, присоединяется к более удаленному от баллона выпускному патрубку коллектора.

Из первой ступени спасательного автомата газ подается во вторую ступень, где предусмотрена возможность регулировки газа с целью уменьшения сопротивления дыханию. Вторая ступень автомата снабжена клапаном, приводимым в действие мембраной, и кнопкой продувки. Конструкция шланга, соединяющего первую и вторую ступени автомата, исключает возможность перекручивания; длина шланга позволяет укреплять вторую ступень автомата с мундштучной коробкой на поясе водолаза, когда она не используется для дыхания.

Блок первой ступени автомата состоит из главного корпуса с полостями высокого и низкого давлений и устройства для регулирования и дозирования расхода газа на выходе, перед подачей его в соединительный шланг. Вместо резьбовой пробки, находящейся с противоположной стороны от выходного штуцера и служащей для присоединения шланга, можно установить манометр, который позволит контролировать давление в баллоне. Хомут для крепления блока к патрубку коллектора затягивается на входном патрубке полости высокого давления при помощи болта с гайкой.

Газ из коллектора баллона поступает непосредственно в полость высокого давления через мегаллокерамический фильтр. Уравновешенный по усилиям клапан перекрывает жиклер в основании полости. Когда упорная шайба перемещается под действием диафрагмы, игла, проходящая через отверстие жиклера, поднимает клапан. Диафрагма герметизирует полость низкого давления, изолируя ее от окружающей среды.

Штуцер для присоединения шланга, канал с жиклером и пространство под диафрагмой образуют полость низкого давления. Воздействие диафрагмы на упорную шайбу и иглу приводит к открытию клапана в полости высокого давления в тех случаях, когда давление в полости низкого давления падает ниже установленного значения. Уменьшение давления может происходить при вдохе (через шланг) или при увеличении глубины и связанном с этим росте давления на внешнюю сторону диафрагмы. Когда расход газа через жиклер достаточен для того, чтобы повысить давление в полости низкого давления до нормального значения, диафрагма отходит на свое место и дозирующий клапан закрывается. Установка номинального значения давления осуществляется путем регулировки усилия пружины, действующей на упор, который находится с внешней стороны диафрагмы. Номинальное значение давления можно изменять достаточно широко, что позволяет в максимальной степени удовлетворять индивидуальным требованиям каждого водолаза. Отверстие диаметром 9,5 мм в регулировочном винте открывает доступ давлению окружающей среды к внешней поверхности диафрагмы.

Рис. ПП.4. Поперечный разрез выпускного клапана.
1 — дыхательный мешок; 2 — поток выпускаемого газа; 3 — крышка; 4 — регулятор давления срабатывания; 5 — шток; 6 — захват; 7 — пружина; 8 — диафрагма; 9 — корпус.

Вторая ступень автомата, объединенная с мундштучной коробкой, заключена в собранный из двух частей металлический корпус, скрепленный стяжным кольцом. К основной части корпуса крепится резиновая мундштучная коробка и шланг выдоха, соединительный шланг крепится ко входному штуцеру клапана второй ступени автомата. На крышке корпуса находится кнопка продувочного клапана.

Диафрагма зажата между крышкой и основной частью корпуса. Когда водолаз делает вдох, диафрагма прогибается внутрь и приводит в движение рычаг, с помощью которого регулируется расход газа через дозирующий клапан второй ступени автомата. Фасонный рычаг нажимает на нагруженный пружиной шток клапана, отводит его от входного жиклера и пропускает газ в дыхательную полость. При выдохе диафрагма прогибается наружу, освобождает рычаг клапана и обеспечивает сброс избыточного давления через лепестковый резиновый клапан круглой формы. Внешняя сторона диафрагмы открыта для воздействия воды, которая проходит через отверстия в крышке, обеспечивая введение поправки на изменение давления с глубиной.

Предохранительный клапан и быстродействующий разъем. Шланг, соединяющий первую и вторую ступени спасательного дыхательного автомата, снабжен предохранительным клапаном и быстродействующим разъемом. Когда спасательный автомат работает, газ поступает во вторую ступень автомата через быстродействующий разъем. Открытие и перекрытие быстродействующего разъема производится при помощи скользящего клапана. Когда скользящий клапан сдвинут в сторону муфты, разъем открыт; когда клапан сдвинут в противоположную сторону, разъем перекрыт. Если необходимо обеспечить дыхание другому водолазу, разъем открывается у муфты и штуцера, что гарантирует быстрое поступление газа к требующему помощи водолазу. Предохранительный клапан не допускает разрыва соединительных шлангов в случае возникновения неисправности в первой ступени автомата. Этот клапан настраивается на открытие при давлении порядка 14 атм. Когда давление в шланге с регулятором падает ниже установленного, клапан закрывается автоматически. Для проверки нормальной работы предохранительного клапана имеется кнопка принудительного открытия клапана.

Техника освоения морских глубин. Пер. с англ. Л., “Судостроение”
Дж.Кенни.

Опубликовано:
11.10.12

Категория - Техника освоения морских глубин