ILoveDiving.ru

Дыхательные автоматы

Дыхательный, или, как его часто называют, легочный автомат является основной частью любого воздушного автономного дыхательного аппарата (акваланга).

Дыхательный автомат предназначен для подачи к дыхательным органам человека воздуха в необходимом количестве и под давлением, соответствующим давлению окружающей среды (при подводных погружениях — давлению воды). В настоящее время применяются две основные схемы дыхательных автоматов: схема с одноступенчатым и схема с двухступенчатым редуцированием воздуха высокого давления, подаваемого из баллонов.

В дыхательном автомате, работающем по принципу одноступенчатого редуцирования, высокое давление воздуха, поступающего из баллонов, сразу без промежуточной ступени понижается до давления, необходимого для дыхания. В автомате такой конструкции (рис. 39, а) подача воздуха высокого давления в полость вдоха А осуществляется клапаном, который усилием пружины и давлением воздуха удерживается в закрытом положении. На иглу клапана опирается рычаг, шарнирно укрепленный на дне корпуса дыхательного автомата.

Верхний конец рычага находится в соприкосновении с рычагом, который шарнирно закреплен на стенке корпуса и своим концом упирается в жесткую центральную пластинку эластичной резиновой мембраны. Мембрана герметично крепится крышкой к корпусу дыхательного автомата, образуя подвижную стенку полости вдоха. Крышка имеет отверстия, поэтому давление внешней среды (воды) осуществляется на всю площадь мембраны, которая прогибается внутрь полости вдоха при увеличении этого давления. Дыхательный автомат отрегулирован так, что при равенстве давлений в полости вдоха А и внешней среды клапан закрыт. При вдохе давление в полости вдоха А понижается, и эластичная резиновая мембрана 6 под влиянием давления внешней среды прогибается вниз и давит на рычаг. Этот рычаг передает давление на рычаг, который поворачивается и действием на иглу клапана опускает клапан, сжимая пружину. Сжатый воздух из баллонов поступает в полость А, откуда идет на вдох. Когда вдох будет закончен, давление в полости А сравняется с давлением внешней среды, пружина вернет клапан и рычаги в первоначальное положение, клапан закроет входное отверстие в седле, и поступление воздуха из баллонов прекратится. При следующем вдохе цикл повторится. Недостатком автоматов с одноступенчатым редуцированием является некоторая зависимость сопротивления вдоху от изменения давления сжатого воздуха в баллонах, а также возможность прорыва воздуха высокого давления в полость вдоха. Однако небольшое число деталей и в ряде случаев простота регулировки делают одноступенчатые дыхательные автоматы достаточно распространенными.

Дыхательные автоматы с двухступенчатым редуцированием (рис. 39,6) состоят обычно из редуктора (полость Б — первая ступень) и одноступенчатого автомата (полость Л —вторая ступень). Редуктор снижает до определенной величины давление воздуха, поступающего из баллонов, и поддерживает его постоянным в процессе работы дыхательного автомата. Работа редуктора определяется клапаном, перемещению вверх которого под действием сжатого воздуха из баллонов и пружины препятствуют гибкая диафрагма и пружина. Подвоз-действием пружины клапан открыт, и воздух из баллонов поступает в полость редуктора (полость Б). Давление в этой полости повышается, вследствие чего диафрагма начинает прогибаться вверх, сжимая пружину. Когда давление воздуха в полости Б достигнет определенной величины, определяемой силой пружины, упругостью мембраны и давлением в полости А, клапан под действием пружины и сжатого воздуха закроет отверстие в седле, и поступление воздуха из баллонов в полость Б редуктора прекратится.

Рис. 39. Схемы дыхательных автоматов с одноступенчатым (а) и двухступенчатым (б) редуцированием.

Вдох выполняется из полости А, которая выполнена как одноступенчатый дыхательный автомат. Понижение давления в полости А при вдохе нарушает равновесие между давлением в этой полости и давлением внешней среды. Мембрана прогибается внутри полости и нажимает на рычаг. Рычаг, перемещаясь и сжимая пружину, открывает клапан, при этом воздух из полости Б поступает в полость А и далее на вдох. При открытии клапана давление в полости Б падает, и усилием пружины открывается клапан редуктора, а воздух из баллонов поступает в полость Б.

После окончания вдоха система возвращается в равновесное состояние, при котором давление в полости вдоха А равно давлению окружающей среды, а в полости Б редуктора — определенному заданному давлению, превышающему давление в полости А обычно на 5—8 ат, т. е. на величину установочного давления редуктора.

Дыхательные автоматы с двухступенчатым редуцированием по сравнению с одноступенчатым обладают тем преимуществом, что сопротивление на вдохе у них более равномерно и не зависит от величины давления воздуха в баллонах. Благодаря редуктору, поддерживающему в своей полости небольшое постоянное давление, автомат работает с меньшей нагрузкой и более устойчиво. Однако наличие двух ступеней редуцирования усложняет конструкцию автомата и его регулировку.

Сопротивление дыханию является основной характеристикой дыхательного автомата, определяя в большинстве случаев его конструкцию. Это сопротивление можно характеризовать двумя основными величинами.

Первой величиной является сопротивление дыханию, зависящее от механических причин, вызванных конструкцией деталей и узлов автомага и их изготовлением, т. е. от силы пружин, передаточного отношения плеч рычагов, трения в осевых соединениях и давления воздуха на клапан. Все эти причины обусловливают сопротивление дыхательного автомата при дыхании в атмосфере воздуха при нормальном (атмосферном) давлении. Абсолютная величина сопротивления дыханию на воздухе для большинства конструкций дыхательных автоматов составляет примерно 40—60 мм вод. ст.

Второй величиной является сопротивление автомата дыханию под водой. Эта величина является более важной, потому что определяет характеристику автомата в той среде, для работы в которой он предназначен. Сопротивление дыханию под водой у различных дыхательных автоматов различно и зависит в общем случае от расположения автомата по отношению к условному центру легких человека. Это определяется конструкцией акваланга и положением человека под водой в каждый данный момент.

Различают три основные схемы расположения дыхательных автоматов: за спиной на уровне лопаток, на груди и около рта (рис. 40). При расположении дыхательного автомата за спиной автомат будет находиться выше центра легких при всех положениях пловца под во^ Дой. В этом случае сопротивление дыханию будет зависеть от высоты столба воды, который определяется расстоянием hi от центра легких до дыхательного автомата. Достигая величины 290—350 мм вод. ст.

При расположении дыхательного автомата на груди расстояние до него h2 от центра легких при различных положениях спортсмена будет также различно. Но чаще всего автомат будет находиться ниже центра легких.

Расположение дыхательного автомата около рта обеспечивает минимальное сопротивление дыханию при горизонтальном положении пловца под водой, так как в этом случае расстояние от центра легких до дыхательного автомата будет наименьшим. В других случаях это расстояние h3 будет достаточно большим.

Рис. 40. Расположение дыхательных автоматов:
1 — на спине на уровне лопаток; 2 — на груди; 3 — у рта.

Таким образом, при любой схеме расположения дыхательного автомата на акваланге сопротивление дыханию под водой может достигать значительной величины и колебаться в больших пределах. Наиболее неудачным расположением дыхательного автомата является нахождение его на груди. В этом случае при горизонтальном положении спортсмена под водой (а оно наиболее часто) давление на вдохе будет повышенным (наддув), что приводит к увеличенному расходу воздуха, а на выдохе будет большое сопротивление. Это сопротивление выдоху сильно утомляет пловца, поскольку в обычных условиях на воздухе выдох совершается пассивно и мышцы выдоха значительно слабее мышц вдоха.

При расположении дыхательного автомата у рта подача воздуха под давлением, равным давлению воды на середину грудной клетки пловца, осуществляется в том случае, когда пловец находится в горизонтальном положении. Сопротивление дыханию будет небольшим и приближаться к сопротивлению дыхания на воздухе. Это обстоятельство объясняет факт наличия значительного количества конструкций дыхательных автоматов, устанавливаемых в мундштучной коробке загубника. Однако при вертикальном положении пловца дыхательный автомат имеет большое сопротивление вдоху, а при наклонном имеют место наддув воздуха и большое сопротивление выдоху.

При расположении дыхательного автомата за спиной почти в любом положении пловца под водой имеет место сопротивление вдоху, которое в горизонтальном положении пловца не превышает обычно 100—150 мм вод. ст. Сопротивление выдоху при расположении дыхательного автомата на спине является незначительным. В этом случае повышенное давление на вдохе (наддув), связанное с перерасходом воздуха, и увеличенное сопротивление выдоху будут иметь место при положениях пловца под водой горизонтально на спине или вертикально вниз головой, которые пловец занимает сравнительно редко. Отсутствие этих нежелательных явлений в других положениях пловца под водой делает схему расположения дыхательного автомата за спиной наиболее распространенной. Этому способствуют также имеющие место (при расположении дыхательного автомата за спиной) небольшие длины воздуховодов высокого давления, что повышает механическую прочность и надежность системы подачи воздуха, удобство транспортировки и эксплуатации аквалангов.

Конструкции большинства отечественных аквалангов предусматривают расположение дыхательного автомата за спиной.

Конструкции дыхательных автоматов. Воздушные автономные подводные дыхательные аппараты (акваланги) отличаются друг от друга прежде всего конструкцией дыхательных автоматов. Это объясняется тем, что основные технико-физиологические характеристики аппарата — сопротивления вдоху и выдоху, надежность подачи воздуха в требуемом объеме и нужного давления на разных глубинах и при разных температурах — определяются прежде всего дыхательным автоматом.

В настоящее время существует много отечественных и зарубежных конструкций дыхательных автоматов, выполненных по различным схемам и имеющих разные технические характеристики. Особенности конструкции того или иного дыхательного автомата определяются выбранной схемой редуцирования сжатого воздуха (одноступенчатое или двухступенчатое), принятым расположением автомата относительно центра легких (за спиной, около рта или на груди) и стремлением свести до минимума сопротивление дыханию под водой.

Дыхательный автомат отечественного акваланга АВМ-1 («Подводник-1») является автоматом с двухступенчатым редуцированием воздуха. Автомату присущи все недостатки, вызванные принятым размещением на акваланге, которое предусматривает расположение его относительно центра легких за спиной.

Дыхательный автомат отечественного акваланга АВМ-1М (рис. 44) принципиально не отличается от дыхательного автомата акваланга АВМ-1.

Дыхательный автомат отечественного акваланга «Украина» является автоматом одноступенчатого действия (рис. 50). Простота конструкции и регулировки делают этот автомат достаточно надежным и удобным в эксплуатации. Недостатком автомата является зависимость сопротивления дыханию от давления воздуха в баллонах, свойственная дыхательным автоматам с одноступенчатым редуцированием.

Дыхательные автоматы с эжектором по схеме аналогичны обычным дыхательным автоматам, а отличаются лишь наличием трубки, отводящей воздух от клапанного отверстия в патрубок с трубкой вдоха, Трубка в таком автомате образует с патрубком эжектор, или, как его называют, струйный насос.
По сравнению с дыхательными автоматами без эжектора, где усилием легких необходимо поддерживать разрежение в полости автомата в течение всего периода вдоха, в автомате с эжектором время работы легких сокращается примерно на 75%. Это в значительной степени облегчает дыхание, поэтому дыхательные автоматы с эжекторными устройствами имеют хорошие эксплуатационные качества. По схеме с эжектором, в частности, выполнены дыхательные автоматы зарубежных аквалангов систем «Мистраль», «50 саженей» и «Аквамастер».

Компенсированный дыхательный автомат ЛАК-7 конструкции А. А. Юрчевского снабжен специальным компенсирующим устройством, которое обеспечивает (при расположении автомата на баллонах за спиной пловца) подачу воздуха для вдоха с давлением, равным давлению воды на середину грудной клетки [III—70]. Компенсирующее устройство состоит из двух клапанов и небольшого сильфона, установленных в крышке автомата, изготовляемой в этом случае без отверстий. Однако снабженный подобным устройством автомат облегчает сопротивление дыханию под водой лишь при горизонтальном положении пловца.

Всережимный компенсированный дыхательный автомат конструкции А. А. Юрчевского отличается от существующих конструкций компенсированных дыхательных автоматов тем, что в нем применен грузовой компенсатор с рычажно-маятниковой системой установки клапана компенсации давления. Компенсатор является всережимным, так как обеспечивает изменение давления компенсации в соответствии с изменением положения тела пловца под водой.

В дыхательном автомате с усиливающей системой имеются три параллельно установленные мембраны: управляющая, воспринимающая колебания легочного давления, передающая (мембрана меньшего диаметра, жестко соединенная с первой) и клапанная, жестко соединенная со шпилькой дыхательного клапана. Пространство между передающей и клапанной мембранами заполнено жидкостью. Наличие гидроусилителя обеспечивает многократное усиление начального импульса, что позволяет уменьшить габариты дыхательного автомата.

Общее усилие, обеспечиваемое гидроусилителем, пропорционально отношению площадей клапанной и передающей мембран.

Дыхательный автомат акваланга «Бобр-2» конструкции В. Н. Вакульчика выполнен одноступенчатым с поплавковым и механическим компенсирующими устройствами сопротивления на вдохе, создающими наименьшее сопротивление при всех положениях пловца под водой. Автомат имеет клапанную систему выдоха, обеспечивающую выдох в воду с наименьшим для данного положения пловца под водой сопротивлением и препятствующую травлению воздуха при дыхании.

Дыхательные автоматы, конструкции которых предусматривают расположение их в мундштучной коробке загубника, в горизонтальном положении пловца иод водой оказываются на уровне грудной клетки (у рта). В этом положении автоматы подают воздух для дыхания под давлением, равным давлению воды на грудную клетку, и сопротивление дыханию сводится к минимуму. Все автоматы подобной конструкции выполняются с двухступенчатым редуцированием. Редуктор автомата (первая ступень) располагается на баллонах и понижает давление воздуха до 7—10 ат. С этим давлением воздух по гибкому шлангу подается ко второй ступени дыхательного автомата, расположенной в мундштучной коробке.

Недостатком дыхательных автоматов, расположенных в мундштучной коробке, является значительное изменение сопротивления дыханию при положениях пловца под водой, отличающихся от горизонтального. Неудобство создает также принятая схема выдоха, при которой воздух выходит из клапана, расположенного непосредственно в мундштучной коробке. Пузыри при выдохе часто мешают обзору, особенно при фотографировании или киносъемках под водой. Определенную сложность представляет необходимость использования в автомате Двухступенчатой схемы редуцирования сжатого воз-> Духа.
Выполнение дыхательного автомата с одноступенчатым редуцированием представляет большие трудности, так как в этом случае к мундштучной коробке пришлось бы подводить воздух высокого давления (150—200 ат) непосредственно из баллонов.

К конструкциям дыхательных автоматов, вторая ступень которых расположена в мундштучной коробке загубника, относятся, в частности, автомат конструкции И. Балдина и автоматы зарубежных аквалангов систем «Акваматик», «Воздушная малютка», «Про» и др.

Опубликовано:
14.12.09

Категория - Подводное снаряжение