Физика и физиология 4 (стр. 13 из 58)

Применение байпасных (обводных) трубок

Строго говоря, это еще одно конструкторское решение использования эффекта направленного воздушного потока. Подвижная пластинка (рис 2.16) меняет свое положение при каждом вдохе и выдохе. Во время вдоха за ней — в воздушной камере редуктора — создается разрежение, поддерживающее мембрану в вогнутом состоянии.

Использование пилотажного клапана

Для уменьшения общего сопротивления вдоху используется конструкция с дополнительным клапаном, который называется регулирующим (пилотажным). Рассмотрим ее принципиальную схему (рис. 2.17). Устройство обычного клапана вдоха усложняется введением дополнительного изолированного объема (вокруг основного клапана) который соединен с камерой вдоха дополнительным клапаном меньшего размера — он и есть регулирующий. Основной клапан имеет не совсем обычную конструкцию: он "дырявый", т.е. в нем просверлено узенькое отверстие —дюза, через нее дополнительный объем сообщается с системой среднего давления. Регулирующий клапан открывается посредством рычага от мембраны, как обычный клапан в обычном легочнике. Основной клапан подчиняется исключительно разнице давлений.

Итак, оба клапана закрыты, в дополнительном объеме — воздух под средним давлением. Когда за счет усилия вдоха понижается давление в воздушной камере легочника, прогиб мембраны открывает пилотируемый клапан. Воздух из дополнительного объема выходит быстрее, чем поступает туда через дюзу основного клапана, и давление в дополнительном объеме падает. Это приводит к открыванию основного клапана, сечение которого в несколько раз превосходит сечение регулирующего. Когда мембрана возвращается на место, регулирующий клапан закрывается, через дюзу давление в дополнительном объеме выравнивается со средним давлением и основной клапан возвращается в исходное положение.

Каков смысл этого механизма? Чем меньше размер клапана, тем меньшее усилие, чтобы его открыть, и тем меньшее количество воздуха может через него пройти. Пилотируемый клапан весьма мал и открывается минимальным усилием, количество же проходящего через него воздуха недостаточно для дыхания, но достаточно, чтобы открыть основной клапан, который и обеспечивает нас необходимым количеством воздуха. Подобный механизм весьма сложен и имеет некоторую инерцию, но значительно уменьшает как начальное, так и поддерживающее усилие вдоха.

Внешние регулировки подачи воздуха

Дают возможность изменять сопротивление вдоха, не разбирая легочный автомат. Современные конструкции легочников могут быть снабжены двумя различными системами внешней регулировки подачи воздуха.

Регулировка начального усилия

Позволяет плавно изменять его как на суше, так и под водой. Если легочник, оказавшийся у Вас в руках, имеет вращающуюся головку со стороны, противоположной входу шланга среднего давления — это означает, что Вы можете отрегулировать величину начального усилия вдоха так, как пожелаете (естественно, в пределах некоего диапазона). Механизм регулировочного устройства весьма прост:

закручивая вращающуюся головку (как правило, по часовой стрелке) сжимаете закрывающую пружину клапана вдоха, тем самым увеличивая сопротивление вдоха; откручивая головку, ослабляете пружину, облегчая открывание клапана и уменьшая сопротивление вдоха.

Регулировка поддерживающего усилия

Как правило, имеется в легочных автоматах, использующих эффект инжектирования. В воздушной камере, на пути воздушного потока, размещается заслонка, приводимая в движение переключателем на внешней поверхности легочника. Переключатель и заслонка имеют два положения: в одном заслонка параллельна потоку воздуха, в другом — перпендикулярна (фото 2.9 В). Первое положение — для пребывания под водой (dive), эффект инжектирования при этом действует в полной мере, облегчая вдох подводника. Второе положение — для нахождения на поверхности (pre — dive); эффект инжектирования в этом случае "выключен", так как заслонка тормозит поток воздуха.

Зачем нужен такой переключатель? Находясь на поверхности, часто бывает необходимым вынуть легочник изо рта — для переключения на дыхательную трубку, снятия аппарата, разговора с партнерами или страхующими. Любой легочник, упав в воду в положении загубником вверх, за счет увеличения давления в водной камере начнет самопроизвольно стравливать воздух. При наличии инжекторного механизма к такому стравливанию больше подойдет слово "фонтанирование". Чтобы избежать этой неприятности, Вы переводите переключатель в поверхностное положение (pre—dive). Перед погружением, окончательно взяв загубник в рот, Вы ставите рычажок в подводное (dive) положение и начинаете спуск, наслаждаясь свободной работой легочного автомата.

Для комфортности погружений в холодной воде немаловажную роль играет форма внешних регулировочных приспособлений: далеко не всегда они удобны для переключения рукой одетой в толстую перчатку. Если Вы не уверены, что будете пользоваться легочным автоматом исключительно в теплой воде, то выбирая для себя регулятор, наденьте перчатки толщиной около 5 мм и попробуйте в них переключить режим и регулировать сопротивление вдоху.

Клапаны выдоха

Основная его задача — стравливание воздуха из легочного автомата при увеличении давления в воздушной камере. Чем меньше сопротивления выдоха — усилие необходимое для открывание клапана — тем легче выдыхать. В подавляющем большинстве легочных автоматов клапан выдоха выполнен в виде резиновой тарелочки, прикрепленной своей серединой к наружной поверхности корпуса легочника. Корпус под тарелкой пронизан расположенными по кругу отверстиями, ведущими в воздушную камеру легочного автомата, края тарелки прилегают к поверхности корпуса, играющей роль седла клапана. При равенстве давлений внутри и снаружи воздушной камеры собственная упругость тарелки прижимает ее к седлообразующей поверхности корпуса. Создаваемое силой выдоха избыточное давление внутри воздушной камеры приподнимает клапан, выпуская воздух. С одной стороны, чем больше площадь поверхности тарелки клапана и чем мягче ее материал, тем меньше будет сопротивление выдоху. С другой стороны, материал должен обладать упругостью, достаточной для закрывания клапана, а размер последнего ограничен размером и конструкцией легочника. Системы выдоха легочных автоматов различаются по следующим признакам.

1. Количество и размер клапанов. Большинство легочных автоматов имеет один клапан выдоха диаметром около 30 мм, некоторые — два, но меньшего размера.

2. Материалом тарелки клапана может быть резина или силикон. Последний преобладает у современных моделей.

3. Традиционное расположение системы выдоха — в нижней части задней поверхности легочного автомата. Легочник D—400 фирмы Scubapro имеет клапан выдоха, расположенный в центре мембраны. Седлом клапана в этом случае служит силиконовая поверхность мембраны. При наиболее распространенных положениях тела подводника клапан выдоха подобной конструкции располагается в самой нижней части легочника, что способствует полному удалению воды из воздушной камеры при выдохе.

Приспособления, уменьшающие вероятность замерзания легочного автомата

Замерзание легочников происходит по тем же причинам, что и замерзание редуктора. Какой из узлов в большей степени ему подвержен? С одной стороны, воздушная камера легочника все время увлажняется за счет выдоха, что, очевидно, повышает вероятность замерзания. Вода также попадает в легочный автомат при подключениях и отключения от аппарата, выполняемых в воде. С другой стороны, легочник все время подогревается теплом выдыхаемого воздуха и имеет управляющий элемент в виде мембраны, а мембранный механизм, как Вы помните, менее подвержен замерзанию, чем поршневой. Таким образом, борьба с обледенением легочных автоматов — актуальная техническая задача, для решения которой используются различные способы. Рассмотрим некоторые из них на примере легочного автомата "ARCTIC" — одной из новейших моделей французской фирмы "La Spirotechnique" — специально приспособленного для работы в холодной воде (фото 2.9 Г). Его конструкция отличается следующими особенностями:

1. Рычаг расположен с противоположной от воздушного входа стороны. Наибольшему охлаждению потоком расширяющегося воздуха (вспомним замерзание редукторов) подвергаются седло и подушка клапана вдоха. В большинстве легочников именно в этом месте находится подвижное соединение рычага. Перенесение его на противоположную сторону корпуса значительно уменьшает вероятность заклинивания рычага в результате образования наледи.

2. Пластиковая муфта ограничивает теплообмен между поршнем клапана и рычагом, уменьшая охлаждение последнего.

3. Все подвижные металлические детали имеют водоотталкивающее покрытие, препятствующее образованию наледи.

4. Специальная система обеспечивает теплообмен между охлаждаемыми расширяющимся воздухом деталями легочного автомата и окружающей водой, температура которой, разумеется, выше точки замерзания. Эта система представлена наружными радиаторами, соединенными с клапаном вдоха вставками из материала, обладающего высокой теплопроводностью.