Автономные дыхательные аппараты с открытым циклом дыхания

Автономные дыхательные аппараты с открытым циклом дыхания является наиболее популярным в спортивном водолазании. Такие аппараты в последнее время все больше начинают использоваться в военно-морском флоте и при проведении различных подводных работ. Основной частью такого аппарата является один или два баллона со сжатым воздухом, оснащенных специальным регулятором его подачи или легочным автоматом, подающим воздух водолазу во время вдоха. Выдыхаемый воздух при этом выпускается в воду, что исключает его перемешивание с вдыхаемым воздухом или повторное его вдыхание. Основным недостатком аппаратов этого типа является их относительная неэкономичность, ограничивающая время пребывания человека под водой вследствие того, что при их использовании вместе с выдыхаемым воздухом в воду выводится большое количество неиспользованного кислорода. Наряду с этим указанный недостаток ограничивает применение дыхательных аппаратов с открытым циклом для погружений, не связанных с последующей ступенчатой декомпрессией во время всплытия.

Автономные дыхательные аппараты с открытым циклом дыхания

Весьма важную роль в аппаратах этого типа играет конструкция легочного автомата, который должен обеспечивать подачу необходимого количества воздуха в зависимости от потребностей водолаза при минимальном сопротивлении дыханию на различных глубинах.

Легочный автомат (рис. 52) состоит из двух камер, разделенных подвижной диафрагмой. Одна из этих камер находится в постоянном контакте с окружающей средой, в результате чего эта диафрагма постоянно подвергается с одной своей стороны воздействию окружающего давления. Другая камера легочного автомата содержит воздух. Она сообщается с дыхательной системой водолаза через клапан, позволяющий осуществлять вдох только из этой камеры, который расположен у загубника дыхательного аппарата. В эту камеру воздух поступает из баллона со сжатым воздухом. Подача воздуха в данном случае контролируется. игольчатым затвором, причем давление воздуха может быть снижено с помощью редуктора до величины около 7 кг/см2. Погружение на глубину и осуществление вдоха приводят к уменьшению объема воздуха в этой камере, что в свою очередь вызывает прогиб диафрагмы в сторону этой камеры. Диафрагма соединена с помощью рычага с клапаном, регулирующим поступление воздуха из баллона. При деформации диафрагмы происходит открытие этого клапана. Благодаря этому воздух начинает поступать в камеру вдоха. Поступление воздуха в эту камеру происходит до тех пор, пока давление по обе стороны диафрагмы не станет одинаковым. Благодаря этому, с одной стороны, давление в дыхательной системе поддерживается на уровне давления окружающего столба воды, с другой — удовлетворяются дыхательные потребности водолаза.

Существует три типа клапанов подачи воздуха: 1) пружинный клапан, наименее удобный, так как его использование связано с большим сопротивлением вдоху; 2) качающийся клапан, к которому движение диафрагмы передается посредством жесткого рычага, открывающего этот клапан, и 3) такой же качающийся клапан, заключенный в специальное сопло, которое во время открытия клапана подает воздух в инжектор. Этот инжектор, действуя как расходомерное сопло, создает на стороне вдоха положительное давление за счет некоторой задержки клапана в открытом положении, что в свою очередь облегчает осуществление вдоха.

Легочный автомат располагается обычно на самом дыхательном аппарате на кассете с воздушным баллоном (или баллонами). Выдыхаемый воздух выводится из загубника аппарата непосредственно в воду.

Расположение легочного аппарата очень важно с точки зрения обеспечения дыхательного комфорта. «Эпноэтическое давление»— это такое давление воздуха при пребывании человека под водой, которое создает наиболее комфортные условия для дыхания. В положении аквалангиста или пловца- подводника в воде лицом вниз это давление эквивалентно давлению столба воды в плоскости передней аксиллярной линии, а при вертикальном положении тела в воде — в плоскости вырезки грудины. Если легочный автомат расположен в верхней части дыхательного аппарата и находится поблизости от задней части шеи пловца-подводника, то при плавании лицом вниз давление в системе аппарата будет выше эпноэтического. Для осуществления вдоха в таком положении человек должен затрачивать дополнительные усилия. Маска при этом будет слегка сдавливать лицо. В то же время при плавании на спине водолазу для дыхания будет подаваться избыточное количество воздуха, ослабляющее плотность прилегания маски к лицу. В положении стоя водолаз может дышать без каких-либо затруднений до тех пор, пока не нарушено положение аппарата на его спине.

В некоторых конструкциях дыхательных аппаратов легочный автомат располагается в лицевой маске. Такое расположение легочного автомата выгодно не только с точки зрения экономии гибкого дыхательного шланга. При этом, кроме всего прочего, создаются такие условия, при которых вдавливания маски в лицо или ослабления ее прилегания к лицу практически не существует, а в использовании загубника отпадает необходимость. Однако в этом случае довольно трудно создать выдыхательный клапан, который, располагаясь на маске, обладал бы незначительным сопротивлением.

Маски и загубники имеют самую разнообразную конструкцию и форму. Первые варианты описываемого снаряжения включали загубник (мундштук), носовой зажим и очки. В главе 10 уже говорилось о том, какое большое значение при пребывании человека под водой приобретает зрение. Очки при этом должны быть достаточно твердыми, так как независимо от того, используются ли очки или маска, должны быть созданы такие условия, при которых фронтальная поверхность стекла была бы плоской, располагаясь параллельно плоскости глаза. В тех случаях, когда надо обеспечить лишь контрольное зрение, можно использовать стекла и с изогнутыми поверхностями. Независимо от типа зрительных искажений, возникающих при этом, световые лучи падают на сетчатку глаз под такими углами, при которых феномена ослепления не возникает. Другой разновидностью этого снаряжения является использование специального шлема, в который вмонтированы лицевое стекло и загубник. Такой шлем закрывает не только голову, но и шею. Между этими двумя крайними типами снаряжения существует целый ряд вариантов.

При конструировании дыхательного оборудования для подводного плавания необходимо принимать все меры к тому, чтобы величина мертвого пространства была сведена к минимуму. Движения воздуха по магистралям аппарата в двух направлениях следует избегать. Выполнение этого требования особенно важно в том случае, когда система лишена загубника. Обычно этого удается достичь с помощью клапанов. Тщательное выполнение внутренней поверхности маски с легким резиновым клапаном над переносицей изолирует область, ограниченную стеклами маски, от контакта с циркулирующим в маске воздухом.

С точки зрения герметичности, составляющей одно из важнейших требований, предъявляемых к этой системе, наиболее эффективной является система с применением шлема, однако в этом случае очень трудно обеспечить условия, при которых бы воздух не попадал в наружный слуховой проход. Индивидуальной подгонки масок пока не производится, а герметичные маски дыхательных аппаратов, используемых на суше, для плавания под водой не годятся, так как повышение давления под водой сразу приводит к сдавливанию любой из таких масок. Воздушное уплотнение масок для плавания под водой непригодно, в то время как водяное оказалось вполне удовлетворительным. Говорить об индивидуальном изготовлении масок пока преждевременно.

В отношении загубников эта проблема решается довольно просто — загубник может быть изготовлен каждому путем снятия воскового слепка ротовой полости. Этот метод был предложен стоматологической службой военно-морских сил и оказался весьма перспективным.

Следовало бы разработать безопасную маску, отказавшись от загубников и носовых зажимов вообще. Это привело бы к значительному облегчению дыхания, уменьшению сопротивления дыханию и сделало бы процесс дыхания более естественным. В некоторых случаях носовой зажим может оказаться полезным для облегчения продувания ушей и отказываться от него пока преждевременно. Что касается загубника, который предпочитают многие водолазы, то дополнительное мертвое пространство, создаваемое им, является самым минимальным по сравнению со всеми другими системами используемых масок.

Хорошо подогнанные очки, не пропускающие воду, имеют и серьезный недостаток, заключающийся в том, что содержащийся в них воздух при повышении окружающего давления подвергается сжатию и очки начинают давить на лицо. Если же такие очки достаточно плотные, то содержащийся в них воздух будет иметь более низкое давление, чем давление окружающих тканей, таких, например, как конъюнктива глаз, что может привести к развитию отека и геморрагий в области глаз. На практике эта проблема решается путем создания снаружи маски по обеим ее сторонам резиновых карманов, заполненных воздухом, которые сообщаются с воздухом, находящимся под очками. Сжатие этих воздушных карманов приводит к уравниванию давления воздуха под очками с давлением окружающей воды. Воздушные карманы могут быть выполнены таким образом, что сами очки будут обладать необходимой плавучестью.

Определенным требованиям должны отвечать также дыхательные трубки и клапаны. Конструкция современных дыхательных аппаратов нуждается в значительном улучшении. В настоящее время почти во всех без исключения типах дыхательных аппаратов используется гофрированная резиновая трубка с наружным диаметром 45 мм и внутренним диаметром 20 мм. Эта трубка, усиленная проволочной прослойкой для предупреждения скручивания, обладает хорошей гибкостью и растяжимостью. Внутренняя поверхность трубки, к сожалению, обладает определенной шероховатостью, что служит причиной турбулентного завихрения воздушного потока, проходящего через нее при дыхании. Идеальной в этом отношении является трубка с внутренним диаметром не менее 32 мм и гладкой внутренней поверхностью.

Создать клапан, не обладающий сопротивлением дыханию, в принципе невозможно. Зачастую приходится идти на компромисс за счет прочности клапана. Многим знакомы простые и надежные резиновые лепестковые клапаны. Однако следует помнить о том, что эти клапаны быстро увлажняются водным конденсатом, образующимся при дыхании. Для того чтобы избежать риска попадания воды через клапан внутрь маски, приходится идти на жертвы, связанные с усилением его прочности, приводящим к увеличению сопротивления дыханию. В этом отношении со многих точек зрения наиболее эффективным оказался грибовидный клапан, который может быть использован в дополнение к лепестковому клапану при самом незначительном уменьшении мертвого пространства.

Подводные дыхательные аппараты имеют от одного до трех газовых баллонов, каждый из которых содержит от 1200 до 1500 л воздуха или газовой смеси. Баллоны изготавливаются из стали или легких сплавов. Объем газа, используемого на больших глубинах, столь велик, что замена воздуха в баллонах дыхательных аппаратов гелиево-кислородными смесями оказывается крайне неэкономичной. Так, например, продолжительность работы дыхательного аппарата снижается до 1/4 при пребывании на глубине 30 м, и до 1/7 при пребывании на глубине 60 м. Работа на глубине приводит также к износу дыхательного аппарата.

Было бы весьма желательно разработать специальные таблицы, в которых-была бы отражена емкость газовых баллонов и срок продолжительности действия дыхательных аппаратов на различных глубинах при различном характере выполняемой работы. Водолаз, потребляющий при включении в дыхательный аппарат 30 л воздуха в минуту, может пробыть при использовании баллона емкостью 1200 л с воздухом на поверхности в течение 40 минут, на глубине 10 м в течение 20 минут и на глубине 30 м только в течение 10 минут. При дыхании с помощью такого аппарата используется 1/4 часть кислорода баллонного воздуха, который выдыхается в воду.

Смотрите также