1. Главная
2. Статьи
3. Устройство ребризеров и основные расчеты при подводных погружениях для дайверов

Начнем с самого простого типа ребризеров — замкнутых, работающих на чистом кислороде.

При открытии вентиля баллона (10) кислород через первую ступень регулятора (11) поступает к автоматическому байпасу (вторая ступень регулятора) (7) и ручному байпасу (12).

При вдохе кислород через автоматический байпас поступает в мешок вдоха (6) и шланг вдоха через невозвратный клапан (3) в мундштучную коробку и через загубник (1) в легкие дайвера.

При выдохе смесь (обратите внимание — уже смесь!!! кислорода с углекислым газом) через невозвратный клапан (4) и трубку выдоха поступает в оглотительную канистру (5) где очищается от углекислого газа и затем попадает опять в дыхательный мешок (6).

Мундштучная коробка имеет специальный клапан (2), который позволяет перекрыть поступление смеси в загубник (и воды в дыхательный контур).

Для слежения за давлением кислорода в баллоне к редуктору подключен манометр

(13). При расходовании кислорода из дыхательного мешка недостаток его восполняется при следующем вдохе с помощью автоматического или ручного байпаса. При всплытии излишек смеси из дыхательного мешка удаляется в воду через травящий клапан (8). Так как дыхание происходит практически чистым кислородом, то рассчеты самые примитивные. Лимитирующим фактором является парциальное давление кислорода. Поэтому максимальная глубина погружения (MOD — Maximum Operating Depth) рассчитывается как:

MOD [м] = (ppO2 - 1)*10, где

ppO2 — допустимое парциальное давление кислорода в барах (обычно 1.6) В реальности, как уже говорилось, максимальная глубина не превышает 7 метров. Максимальное время погружения по токсическому действию кислорода (CNS и OTU) рассчитывается с помощью стандартных процедур, знакомых любому Nitrox дайверу.

Время действия аппарата по запасам поглотителя (STL — Scrubber Time Limit) рассчитывается как: STL [мин] =SС*SCV/ViO2, где SС — (Scrubber Сoefficient) поглотительная способность 1 кг поглотителя (для советского вещества ХПИ ~ 80 л/кг, для DraegerSorb и SodaLime от 120 до 150 л/кг); SСV — (Scrubber Canister Volume) количество поглотителя в канистре в кг; ViO2 — (Volume Inhalled O2) минутный объем потребления кислорода дайвером в литрах в минуту (объем потребления кислорода примерно равен объему выдыхаемого углекислого газа).

Следующий по сложности тип ребризеров — это полузамкнутый ребризер с активной подачей дыхательной смеси. При открытии вентиля баллона с дыхательной смесью (10) она через редуктор (11) поступает к ручному байпасу (12) и через калиброванную дюзу (7) с постоянной скоростью [л/мин] в дыхательный мешок. После наполнения мешка смесь с той же скоростью начинает стравливаться наружу через травящий клапан (8) независимо от того включился дайвер в аппарат или нет. При вдохе смесь из дыхательного мешка (6) через шланг вдоха и невозвратный клапан (3) поступает в мундштучную коробку и через загубник (1) в легкие дайвера. При выдохе смесь через невозвратный клапан (4) и трубку выдоха поступает в поглотительную канистру (5) где очищается от углекислого газа и затем попадает опять в дыхательный мешок (6). Мундштучная коробка имеет специальный клапан (2), который позволяет перекрыть поступление смеси в загубник (и воды в дыхательный контур). Для слежения за давлением кислорода в баллоне к редуктору подключен манометр (13). При всплытии излишек смеси из дыхательного мешка удаляется в воду через травящий клапан (8).

Содержание кислорода в дыхательном контуре аппаратов с активной подачей смеси вычисляется по формуле: FiO2=((Vs*FsO2)-ViO2)/(Vs-ViO2),где: FiO2 — (Fraction Inhaled O2) содержание кислорода в контуре <%/100];Vs — (Volume Supplied) подача смеси через дюзу [литры в минуту]; FsO2 — (Fraction Supplied O2) содержание кислорода в подаваемой смеси <%/100]; ViO2 — (Volume Inhaled O2) потребление кислорода дайвером [л/мин] (зависит от нагрузки, меняется от 0,5 до 3 литров в минуту).

Максимальная рабочая глубина:

MOD=(MaxPO2/FiO2-1)*10, где:

MOD — (Maximal Operation Depth) максимальная рабочая глубина [метры];

MaxPO2 — максимально допустимое значение парциального давления кислорода [бары] (обычно принимается за 1,6 для очень коротких интервалов времени - несколько минут или 1,4 для более длительных периодов);

FiO2 — содержание кислорода в контуре <%/100].

Так как дыхание в аппаратах этого типа происходит уже не кислородом, а дыхательной смесью, содержащей инертные газы, то для данного типа ребризера необходим рассчет декомпрессионных параметров.Поскольку содержание кислорода в смеси зависит от потребления его дайвером, а не только от процентного содержания этого газа в смеси, то при рассчете декомпрессионных параметров нужно учитывать и максимальную планируемую глубину погружения и нагрузку дайвера (потребление им кислорода). При использовании дайвером Nitrox компьютера без датчика парциального давления кислорода или при планировании погружения по таблицам существует одна хитрость: Декомпрессионные параметры рассчитываются для максимально возможного содержания инертных газов в дыхательном контуре, т.е рассчитываются значения содержания кислорода в дыхательном контуре при максимальном его потреблении, например 2.5 л/мин и и полученные значения содержания кислорода в смеси подставляются в компьютер или используются с таблицей. В то же время уровень CNS и OTU считается при минимальном потреблении кислорода, т.е. при максимальном его содержании в дыхательном контуре!!!

Данные расчеты конечно не являются оптимальными, но зато дают дополнительную гарантию как против возникновения ДКБ, так и от кислородного отравления. Оптимальные расчеты декомпрессионных параметров в реальном времени получаются при использовании с ребризером компьютеров, которые могут подключаться к встроенному в дыхательный контур датчику парциального давления кислорода, таких как: Cochran Lifeguard, Uwatec OXY2 или VR3.

Время действия аппарата по запасам поглотителя (STL — Scrubber Time Limit) рассчитывается как:

STL [мин] = SС*SCV/ViO2, где:

SС — (Scrubber Сoefficient) поглотительная способность 1 кг поглотителя (для советского вещества ХПИ ~ 80 л/кг, для DraegerSorb и SodaLime от 120 до 150 л/кг);

SСV — (Scrubber Canister Volume) количество поглотителя в канистре в кг;

ViO2 — (Volume Inhalled O2) минутный объем потребления кислорода дайвером в литрах в минуту (объем потребления кислорода примерно равен объему выдыхаемого углекислого газа).

Более сложный для понимания принципов работы тип ребризеров — полузамкнутые ребризеры с пассивной подачей дыхательной смеси.

Парадоксально, но этот более сложный в понимании тип также более простой в обращении, поскольку принцип действия обеспечивает режим работы, наиболее близкий к аппаратам открытого цикла (SCUBA).

При открытии вентиля баллона (10) смесь через редуктор (11) поступает к автоматическому байпасу (9).

При вдохе при недостатке смеси в дыхательном мешке (7) механическая связь открывает байпас и смесь поступает по трубке вдоха через невозвратный клапан (3) к загубнику и в легкие дайвера.

При выдохе смесь через невозвратный клапан (4) и трубку выдоха поступает в поглотительную канистру (5), а затем во внутренний и внешний дыхательные мешки. Во внутренний мешок смесь поступает через невозвратный клапан, а во внешний свободно.

При вдохе смесь из внешнего мешка (7) поступает на вдох дайвера, а из внутреннего, который механически связан с внешним, через травящий клапан (8) удаляется в воду. Так как часть смеси принудительно удалена из дыхательного контура, то в конце фазы вдоха объема смеси в дыхательном контуре аппарата недостаточно, а оба мешка оказываются полностью сжаты. В это время механическая связь принудительно открывает байпас и недостающее количество свежей смеси подается из баллона.
Соотношение объемов внутреннего и внешнего дыхательного мешка определяет коэффициент стравливания ребризера.

Содержание кислорода в дыхательном контуре (приближенная формула): FiO2=((Pamb*Kdump*Ke+1)*FsO2-1)/(Pamb*Kdump*Ke), где:

FiO2 — (Fraction Inhaled O2) содержание кислорода в контуре <%/100];

Pamb — (Pressure Ambient) давление окружающей среды [бар];

Kdump=Vineer/Vouter — соотношение объемов внутреннего (травящего мешка) к наружному или другими словами коэффициент стравливания ребризера <%/100] (для DC-55 ~ 9%, для Halcyon RB80 ~ 12%);

Ke=Ve/VO2 — коэффициент экстракции кислорода дайвером т.е. соотношение минутной вентиляции легких к объему потребляемого кислорода. Эта величина практически постоянная для каждого отдельного человека. Ее значение индивидуально и зависит от степени тренированности и физического здоровья дайвера. Как правило эта величина изменяется от 25 у человека в плохой форме до 17 у спортсменов, средняя величина для здорового человека 20.

FsO2 — (Fraction Supplied O2) содержание кислорода в баллоне <%/100].

Формула рассчета необходимого содержания кислорода в баллоне для данной глубины выводится из предыдущей:

FmO2=(FiO2*Pamb*Kdump*Ke+1)/(Pamb*Kdump*Ke+1) обозначения те же, что и в предыдущей формуле.

Как видно из формул, приведенных выше, процентное содержание кислорода в дыхательном контуре не зависит от потребления кислорода дайвером (т.е. от физической нагрузки), а зависит только от глубины погружения. По этому же принципу изменяется парциальное давление кислорода и при плавании с обычным аквалангом. Поэтому обычно не возникает проблем при планировании погружений с аппаратами данного типа.

Следующий тип — полностью замкнутые ребризеры с электронным автоматическим управление составом дыхательной смеси. Эти аппараты всегда имеют два баллона, один из которых заполнен чистым кислородом (14), а второй диллюэнтом (9), т.е. газовой смесью-разбавителем. Также необходимой частью является блок электроники (21) с соленоидным электромеханическим клапаном (22) и аккумуляторной батареей. Электроника постоянно получает значения текущего парциального давления от трех одинаковых датчиков (19), размещенных в дыхательном контуре, и при недостаточном парциальном давлении дает команду на открытие соленоидного клапана и подачи в контур порции кислорода. Кислород может также быть добавлен в контур с помощью ручного байпаса (17). При изменении внешнего давления смесь вытравливается из мешка через травящий клапан (8) или добавляется с помощью автоматического (7) или ручного (12) байпаса. В случае отказа одного из датчиков, т.е. отклонение его показаний от показаний двух других более чем на несколько процентов, электроника дает предупредительный сигнал дайверу и начинает отбраковывать показания неисправного датчика. Для визуального контроля уровня парциального давления служат два дисплея: основной (24) и дублирующий (23). На основном дисплее, который имеет меньшие размеры, обычно отображаются только основные параметры, часто в виде простых мнемонических сигналов. Дополнительный дисплей обычно имеет 3 цифровых табло, на которых видны показания парциального давления кислорода от каждого датчика, индикатор уровня заряда батарей и некоторые другие параметры.

Электронные блоки некоторых ребризеров имеют также дополнительные функции декомпрессиометров, однако большинство наиболее распространенных типов не имеют встроенного декомпрессиометра и нуждаются в отдельных компьютерах для оптимизации декомпрессионных параметров.

Рассчеты при использовании этого типа ребризеров сводятся к минимуму, поскольку электроника всегда поддерживает в дыхательном контуре значения парциального давления кислорода, установленные пользователем. Поэтому критичным является только выбор оптимального уровня парциального давления в зависимости от планируемого времени погружения.

И, конечно, именно для этого типа ребризера необходимо тщательное планирование действий на случай всевозможных аварийных ситуаций. Из-за сложного устройства аппарата вероятность выхода из строя какого либо из его компонентов все еще довольно высока.

И наконец последний тип ребризеров — замкнутые ребризеры с полуавтоматическим контролем состава дыхательной смеси, мы будем рассматривать на примере ребризера KISS (Keep It Simple & Safe или Keep It Simple Stupid в зависимости от трактовки). Устройство ребризеров типа KISS имеет от предыдущего типа только одно отличие, которое тем не менее значительно упрощает конструкцию и повышает безопасность (при условии правильной тренировки дайвера).

Электронный блок служит только для мониторинга парциального давления кислорода и отоблажения его на дисплее. Система подачи кислорода полуавтоматическая, но никак не связана с электронным блоком и соленоидным клапаном, который в этом аппарате отсутствует. Кислород постоянно поступает в дыхательный контур через калиброванную дюзу (как в полузамкнутых аппаратах с активной подачей), но в количестве, недостаточном для нормального дыхания (менее 1 л/мин). При плавании количество кислорода в дыхательном контуре постоянно снижается, но, за счет подачи его через дюзу, снижается достаточно медленно, поэтому дайверу остается периодически контролировать парциальное давление в контуре и добавлять кислород в контур ручным байпасом.

Обзор подготовил: Сергей Прасолов