Д.В. Орлов - Акваланг и подводное плавание
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 называется промежуточным. На поверхности оно равно соответственно 9 — 10 атм. Значение промежуточного давления на поверхности называется установочным давлением редуктора. На глубине 10 м 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 называются поршневыми несбалансированными редукторами поточного 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.
