ILoveDiving.ru

Автономные дыхательные аппараты

Автономные дыхательные аппараты, работающие на газовых смесях, не являются новостью в водолазном деле. Однако лишь в последние пять лет они получили достаточно широкое распространение. Применение таких аппаратов при выполнении подводных технических работ сдерживалось. несколькими причинами. Во-первых, снабжение газом лимитировалось тем запасом, который водолаз мог нести на себе, а на тех глубинах, где применение газовых смесей необходимо, их расход таков, что время работы могло бы весьма непродолжительным. Во-вторых, для выполнения большинства подводных технических работ водолазу не приходится удаляться на значительные расстояния от места работы: обычно такие операции требуют вертикального спуска и подъема с перемещениями от места работы не более чем на 15 м. А ведь главное преимущество автономного подводного дыхательного аппарата перед шланговым—обеспечение большей подвижности водолаза. Если же значительной подвижности не требуется, то у автономного аппарата почти не остается преимуществ. Однако в настоящее время благодаря использованию последних достижений науки и техники появилась возможность создавать такие автономные дыхательные аппараты с полностью замкнутым циклом дыхания, которые будут отличаться легкостью и простотой обслуживания, а также обеспечивать длительность погружения, достаточную для выполнения подводных технических работ.

Автономные дыхательные аппараты с газовыми смесями используются достаточно широко в военных целях, где их эффективность очевидна. Поэтому именно военные стимулировали и финансировали многие исследования и разработки, направленные на развитие таких аппаратов. На средних глубинах дыхательный аппарат с полузамкнутым циклом дыхания газовой смесью обеспечивает более длительное время пребывания под водой на единицу веса по сравнению с обычным воздушным аквалангом. Кроме того, из таких аппаратов в воду уходит значительно меньше газа, а следовательно, на поверхности воды будет меньше пузырей, что является преимуществом при проведении операций, требующих скрытности. При выполнении работ по разминированию, например таких, которые осуществляются отрядами по перевозке, размещению и обезвреживанию взрывчатых веществ, применение аппаратов с полузамкнутым циклом дыхания позволяет проводить операции более бесшумно и скрытно, чем это делают аквалангисты с воздушными аппаратами. Кроме того, при использовании таких аппаратов увеличивается безопасность водолазов, обезвреживающих подводные акустические мины.

Автономные аппараты с газовой смесью до сих пор мало применялись при погружениях с научно-исследовательскими целями, и в ближайшем будущем ситуация, по-видимому, не изменится. Любое водолазное оборудование, использующее искусственную газовую смесь, обычно обходится дороже оборудования, в котором применяется воздух, а финансирование научных работ, как правило, не допускает излишних затрат. За исключением подводных геологических работ, большинство исследований не требует погружений более чем на 45 м. И хотя применение автономных аппаратов с газовой смесью могло бы увеличить время пребывания под водой, необходимость приобретения дскомпрессионной камеры и соблюдения регламента декомпрессии в связи с увеличением длительности погружений считается малоприемлемой в современной практике погружений с научными целями.

В следующем десятилетии, когда активная деятельность человека на больших глубинах увеличится, автономные аппараты с искусственной газовой смесью будут играть более важную роль при выполнении погружений различного назначения. Быстрое развитие техники обещает сделать такие аппараты надежными, экономичными и более простыми в эксплуатации и обслуживании.

Автономные аппараты с газовой смесью подразделяются на , аппараты с замкнутым и полузамкнутым циклами дыхания. Применение газовой смеси в стандартных аквалангах (с открытым циклом) возможно, но непрактично вследствие высокой стоимости газа и большого его расхода на рабочих глубинах. В некоторых научных исследованиях с использованием расположенных на морском дне лабораторий, например в исследованиях по проекту Силаб-2, акванавты во время пребывания вне подводной лаборатории применяли гелиево-кислородные аппараты с выдохом в воду, т. е. с открытым циклом. Каждый аппарат был снабжен двумя баллонами вместимостью по 2550 л, запол- л ненными приведенной к атмосферному давлению газовой смесью, состоящей из 85% гелия и 15% кислорода. При этом акванавты могли находиться на глубине 61 м в течение 25 мин, что составляет лишь 50% тех возможностей, которые обеспечивает аппарат с полузамкнутым циклом дыхания.

Полузамкнутый цикл дыхания. Принцип действия большинства аппаратов одинаков, хотя они и отличаются друг от друга по форме, конструктивному решению и характеристикам. В настоящее время наиболее широко используются две модели: аппарат МК-6, выпускаемый корпорацией «Скотт эвиэйшен», и аппарат ФГГ-3 фирмы «Дрегерверк». Типичная схема действия водолазного дыхательного аппарата с газовой смесью, работающего по полузамкнутому циклу, показана на рис. 19.

Аппарат МК-6 — первый автономный аппарат для дыхания газовой смесью, принятый для общего применения в американских ВМС, — состоит из двух баллонов и расположенной между ними коробки с поглотителем двуокиси углерода. Форма дыхательных мешков такова, что они облегчают плечи и шею водолаза. Мешки обычно помещаются внутри застегивающегося на «молнию» жилета, в котором имеются карманы для грузов, регулирующих плавучесть.

Аппарат ФГГ-3 фирмы «Дрегерверк» (рис. 20) является более поздней конструкцией. Все его основные элементы, включая два баллона с газовой смесью высокого давления, коробку с поглотителем двуокиси углерода, клапаны регулировки расхода, редуктор и перепускной клапан, размещены внутри защитного _.

кожуха находящегося за спиной водолаза. Газ подается водо; ™3V по двум шлангам, которые оканчиваются мундштучной коообкой стандартного типа либо вводятся внутрь лицевои маски Аппарат ФГГ-3 снабжен арматурой для присоединения шланга к вспомогательному источнику газовой смеси. При работе по такой схеме свежий газ из камеры или с поверхности подается прямо в мешок вдоха, поэтому регулировка расхода газа должна производиться непосредственно у вспомогательного источника.

Рис. 19. Все полузамкнутые системы с газовой смесью действуют по одинаковому принципу. В шланговых аппаратах источник подачи газа располагается на поверхности, и водолаз получает дыхательную смесь по шлангу; в автономных водолазных аппаратах запас газовой смеси находится в баллонах, расположенных за спиной водолаза.

Газовая смесь

Аппарат американских ВМС модели МК-8 (рис. 21), аналогичный по своим характеристикам и принципу действия аппарату ФГГ-3, был разработан и предназначен для испытаний в процессе исследований по проекту Силаб-3. В аппарате использовались два больших баллона, вмещающих по 2550 л приведенной к атмосферному давлению гелиево-кислородной смеси. В отличие от аппарата ФГГ-3 аппарат МК-8 снабжен спасательным автоматом, который позволяет подавать смесь для дыхания другому водолазу, попавшему в аварийную ситуацию. В клапане регулировки расхода имеется штуцер для присоединения питающего шланга. На выходе из коробки с поглотителем двуокиси углерода установлен кислородный датчик, контролирующий степень очистки газа во время пребывания акванавта вне подводного жилища. Этот аппарат оказался примерно на 13 кг тяжелее аппаратов МК-6 и ФГГ-3 и был признан водолазами неудовлетворительным из-за его громоздкости и неудобства в обращении

Длительность погружений с применением любого автономного водолазного аппарата с полузамкнутым циклом дыхания без дополнительной подачи газовой смеси зависит от рабочей нагрузки, количества газа в баллонах и его расхода. Средняя продолжительность погружения при легких рабочих нагрузках с применением аппарата ФГГ-3 на глубинах от 50 до 110 м составляет около 40 мин, на глу

газа. При такой регулировке газ совершенно не выпускается в окружающую среду (за исключением случайных утечек или периодов подъема) и кислород расходуется только в необходимых для дыхания количествах.

Новый дыхательный аппарат, работающий по замкнутому циклу, был выпущен компанией «Байоу марин индастриз»

Рис. 21. Акванавт в снаряжении, предназначенном для исследований по программе Силаб-3. Снаряжение состоит из автономного аппарата МК-8 с полузамкнутым циклом дыхания газовой смесью, гидрокостюма, обогреваемого горячей водой, и шлема фирмы «Кирби—Морган». Сложный по устройству и громоздкий аппарат МК-8 был впоследствии заменен более удобным и простым.

Замкнутый цикл дыхания. Для того чтобы увеличить длительность погружений с использованием автономных водолазных аппаратов, необходимо перейти к схемам с полностью замкнутым циклом дыхания, в которых парциальное давление кислорода регулируется непосредственно, а не путем предварительной установки массового расхода 1968 г. Если во всех описанных ранее аппаратах количество кислорода дозировалось путем регулировки непрерывного расхода газовой смеси через систему питания, то конструкция, предложенная компанией «Байоу марин», работает по принципу контроля парциального давления кислорода, подаваемого водолазу Здесь длительность погружения почти не зависит от глубины Так, полностью заряженный аппарат обеспечивает возможность пребывания на мелководье в течение 5 ч, а на глубине 300 м в течение 4 ч 15 мин. (Уменьшение длительности погружения с ростом глубины объясняется увеличением минимального давления в баллонах аппарата, при котором газ можно использовать на данной глубине).

Рис. 20. Автономный водолазный аппарат с полузамкнутым циклом дыхания производства фирмы «Дрегерверк» является одной из самых совершенных конструкций, выпускаемых в настоящее время. Принцип его действия такой же, как и у сравнительно нового автономного водолазного аппарата МК-2.

Таким образом, в новом аппарате регулируемой функцией служит расход кислорода, а не расход газа — носителя кислорода. В основу нового метода регулирования положен тот факт, что с увеличением глубины погружения фактическая потребность в кислороде не возрастает, т. е. если водолаз работал у поверхности, а затем погрузился на глубину 90 м, то необходимая интенсивность снабжения его кислородом останется той же самой.

Регулирование парциального давления кислорода обеспечивается при помощи электронного блока с точностью ±10% от заданного значения, которое в зависимости от предполагаемой интенсивности работы может плавно изменяться в пределах от 0,2 до 1,5 атм.

Еще одной отличительной особенностью системы является устройство для установки нормальной или повышенной подачи кислорода. Это позволяет работать при нормальном содержании кислорода, а затем переключать систему регулирования на повышенное содержание кислорода при декомпрессии, чтобы сократить длительность этого периода. Система регулирования содержания кислорода может управляться вручную и автоматически. Конструкция аппарата обеспечивает дублирование всех основных устройств, и отказ какого-либо электронного блока не приводит к выходу из строя всего аппарата.

В качестве поглотителя двуокиси углерода использован ба-ралим, система поглощения эффективно работает при температуре воды до —2° С. Принцип действия этого блока аппарата такой же, как и блока в аппаратах с полузамкнутым циклом дыхания. Содержание кислорода в газовой смеси контролируется датчиками, установленными в блоке очистки. Три гальванических датчика кислорода, размещенные на треугольном кронштейне, выдают электрический сигнал на электромагнитный клапан системы подачи кислорода, который подается в дозированных количествах на выход из блока очистки газовой смеси где и смешивается с циркулирующим газом, содержащим уменьшенное количество кислорода. Обогащенный кислородом газ поступает в мембранный блок — вместилище газа (каким является мешок вдоха в автономном водолазном аппарате с полузамкнутым циклом дыхания).

По мере погружения водолаза давление воды создает усилие, воздействующее на мембрану, и она механически приводит в действие клапан (так же как в двухшланговом воздушном акваланге). Когда клапан открывается, газ — носитель кислорода — начинает поступать в полость по другую сторону мембраны до тех пор, пока давления не уравняются. При подъеме водолаза происходит обратный процесс, а газ стравливается в воду. Применение дискретного принципа регулирования, при котором пробы газа периодически отбираются и анализируются на содержание кислорода, позволяет уменьшить колебания парциального давления кислорода практически до ±10%.

Все элементы аппарата, за исключением шлангов, присоединяемых к клапанной коробке или к маске, помещены в стекло-пластиковый ранец размером 200X350X580 мм. В воде аппарат обладает нулевой плавучестью, а на суше весит 24,5 кг.

У водолаза, использующего этот аппарат, имеется контрольное устройство, которое позволяет непрерывно следить за состоянием всех элементов системы. При неисправности любого из основных устройств появляются визуальный н звуковой сигналы.

В настоящее время в стадии разработки находится еще несколько систем, по принципу действия аналогичных аппарату компании «Байоу марин». Экономичность и простота таких систем, возможность присоединять к ним шланг небольшого диаметра для дополнительной подачи газа и обеспечения связи позволяет применять их в качестве водолазного снаряжения общего назначения при производстве технических работ, а также в военных и научных целях.

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

Опубликовано:
11.10.12

Категория - Техника освоения морских глубин