Водолазный ребризер
-
Водолазный ребризер
- Поглощает углекислый газ из выдыхаемого воздуха
- Обеспечивает повторное дыхание кислорода и инертного содержимого
- Отличается от дыхательного аппарата с открытым контуром
-
Цели и применение
- Увеличение продолжительности дыхания при ограниченном запасе газа
- Скрытое военное использование и наблюдение за подводной жизнью
- Портативное устройство, носимое пользователем
-
Типы и технологии
- Полузакрытый ребризер, газовый расширитель
- Системы жизнеобеспечения подводных лодок и батискафов
- Системы утилизации газа для извлечения гелия
-
Сложности и опасности
- Технологическая сложность и дополнительные опасности
- Масса и объем могут быть больше или меньше, чем у акваланга
- Электронные системы поддерживают парциальное давление кислорода
-
Приложения
- Подводное плавание с аквалангом
- Наполнители для подводного плавания с надводным питанием
- Спасательные системы для подводного плавания
- Системы утилизации газа для глубоких погружений
-
История
- Первые попытки создания ребризеров в 1878 году
- Вторая мировая война и расширение применения в военных целях
- Современные автоматические и полуавтоматические ребризеры
-
Общая концепция
- Потребление кислорода и выделение углекислого газа
- Рециркуляция выдыхаемого газа для поддержания концентрации кислорода
- Удаление углекислого газа с помощью скруббера
-
Конструктивные ограничения
- Водонепроницаемая и устойчивая к коррозии конструкция
- Нейтральная плавучесть и обтекаемость
- Низкая нагрузка на дыхание и отсутствие критических отказов
- Специальные требования для специальных применений
-
Ограничения на использование кислородных ребризеров
- Кислородные ребризеры ограничены глубиной 6 метров (20 футов) из-за токсичности кислорода.
- ВМС США ограничивают использование кислородных ребризеров до 50 футов (15 м) в течение 10 минут.
- Кислородные ребризеры больше не используются в любительском дайвинге, но широко применяются в боевых действиях.
-
Ребризеры для смешанного газа
- Ребризеры полузамкнутого контура (SCR) используют смешанный газ с высоким содержанием кислорода.
- SCR могут быть пассивными или активными, с компенсацией глубины или без.
- SCR с постоянным массовым расходом имеют ограничения по глубине.
- Регулируемая по требованию подача активного газа обеспечивает надежную подачу, но сложна в управлении.
- Пассивная добавка с компенсацией глубины подачи обеспечивает надежную подачу, но сложна.
-
Ребризеры замкнутого контура
- Ребризеры замкнутого контура ограничены физиологическими ограничениями дайвера.
- Использование разбавителя, обогащенного гелием, может увеличить диапазон глубин.
- Работа дыхательного аппарата зависит от плотности газа и турбулентного течения.
-
Дыхательные аппараты для отдыха
- Некоторые агентства выделяют ребризеры для любительского дайвинга, не требующие декомпрессии.
- Эти ребризеры имеют электронные подсказки, автоматическое регулирование уставок и другие функции.
- Эти ограничения делают ребризеры менее опасными, но не снижают риск до уровня оборудования с открытым контуром.
-
Костюмы для атмосферного ныряния
- Атмосферный водолазный костюм использует кислородный ребризер с замкнутым контуром.
- Циркуляция воздуха через скруббер осуществляется за счет дыхания водолаза.
- Срок службы зависит от производительности скруббера и подачи кислорода.
-
Архитектура ребризеров
- Основные компоненты включают резервуар для дыхательного газа, дыхательные шланги, скруббер и клапаны.
- Существуют две основные конфигурации газохода: петля и маятник.
- Маятниковая система проще, но содержит больше нерассасывающегося газа.
- Конфигурация с противовесом может быть на выдохе или вдохе.
-
Типы ребаферов
- Раздельные скрубберы: газ проходит через скруббер при выдохе и вдохе, что приводит к высокому сопротивлению потоку.
- Двойные скрубберы: два мешка для дыхания, что уменьшает сопротивление потоку и увеличивает время пребывания газа в скруббере.
-
Конструкция и расположение
- Компоненты могут быть в жестком корпусе для защиты и обтекаемости.
- Корпус должен быть вентилируемым и дренажным для предотвращения скопления воздуха или воды.
- Компоненты могут быть установлены на раме или внутри корпуса.
-
Типы крепления
- Спинные ребаферы: тяжелые, поддерживают вес, но могут создавать отрицательное давление.
- Грудные ребаферы: легкие, компактные, но могут создавать положительное давление.
- Боковые ребаферы: подходят для узких пространств, но чувствительны к ориентации и могут иметь проблемы с гидростатическим сопротивлением.
-
Системы и варианты
- Ребаферы делятся на гипербарические и другие, используемые при различных давлениях.
- Смешанные газовые ребаферы: полузакрытые и закрытые, используются для подводных погружений.
- Полузакрытые ребаферы: используют один газ, который пополняется по мере использования.
- Пассивные полузакрытые ребаферы: добавляют свежий газ для компенсации уменьшенного объема.
-
Газовая выносливость и кислородная фракция
- Газовая выносливость в 10-4 раза выше, чем у открытого контура, и зависит от частоты дыхания и глубины.
- Кислородная фракция зависит от коэффициента расхода и частоты дыхания.
- После промывки кислородная фракция может приблизиться к фракциям газа, используемого для открытого контура.
-
Системы компенсации глубины
- Системы компенсации глубины изменяют коэффициент расхода в зависимости от глубины.
- Полностью компенсированные системы обеспечивают постоянную кислородную фракцию независимо от глубины.
- Частично компенсированные системы обеспечивают высокий коэффициент расхода на поверхности, но не фиксированы.
-
Активные системы добавления газа
- Активные системы добавляют газ в дыхательный контур, избыток сбрасывается в окружающую среду.
- Используются системы с постоянным массовым расходом газа и системы с контролем по требованию.
-
Кислородные ребризеры
- Кислородные ребризеры используют только кислород, не требуют контроля газовой смеси.
- Некоторые модели имеют параллельные механизмы подачи кислорода, другие используют клапаны по требованию.
-
Закрытые системы смешанного газа
- Закрытые системы смешанного газа используют кислород и разбавитель, такие как воздух, нитрокс, гелиокс или тримикс.
- Контролируют парциальное давление кислорода, предупреждая о гипоксии и гиперксии.
- Используют электрогальванические топливные элементы для измерения парциального давления кислорода.
-
Управление смесью газов
- Дивер может вручную контролировать смесь газов, добавляя разбавитель или кислород.
- Добавление разбавителя предотвращает слишком высокую концентрацию кислорода, а добавление кислорода увеличивает концентрацию.
- В полностью автоматических системах электронный клапан впрыскивает кислород при падении давления кислорода ниже требуемого уровня.
- В случае сбоев системы можно переключиться на ручное управление.
-
История и развитие
- В 1912 году немецкая фирма Drägerwerk представила систему с кислородным ребрером и без поверхностного снабжения.
- В 1939 году ВМС США разработали систему Mark V для гелиево-кислородного дайвинга.
- В 1960-х годах были разработаны криогенные ребреры, использующие жидкий кислород для удаления углекислого газа.
-
Компоненты и подсистемы
- Дивер дышит через рот или маску, соединенную с системой гибкими шлангами.
- В маске обычно есть запорный клапан, клапан для переключения между поверхностью и под водой, а также клапан для аварийного выхода.
- В ЕС и Великобритании обязательным элементом является удерживающий ремешок для маски.
- Гибкие шланги из синтетического каучука обеспечивают свободное движение головы и низкое сопротивление потоку газа.
- В системе есть противолегкие, которые изменяют объем при дыхании, поддерживая постоянный объем газа в легких и системе.
-
Безопасность и эффективность
- Противолегкие должны быть расположены так, чтобы минимизировать гидростатическое сопротивление дыханию.
- В горизонтальном положении противолегкие должны быть под меньшим гидростатическим давлением, чем легкие.
- Современные системы используют электронику для контроля давления кислорода и автоматического впрыска кислорода.
-
Конструкция и работа противогазов
- Противогазы различаются по расположению и форме, что влияет на гидростатическое давление и сопротивление дыханию.
- Резиновые противогазы должны быть защищены от солнца.
-
Концентрические противогазы
- Используются для контроля газовой смеси, удаляя фиксированный объем выдыхаемого газа и заменяя его свежим газом.
- Состоят из двух концентрических мембран, одна из которых соединена с внешней средой.
-
Химический скруббер
- Удаляет углекислый газ из газовой смеси, оставляя кислород и другие газы для повторного использования.
- Используются различные абсорбенты, такие как Atrasorb Dive, Sofnolime, Dragersorb, Sodasorb и RPC.
-
Дизайн и размер скруббера
- Компромисс между объемом, стоимостью и работой дыхания.
- Обычно используется один скруббер, но есть конфигурации с двумя скрубберами.
-
Поток газа и размер зерен
- Поток газа может быть осевым или радиальным.
- Размер зерен влияет на пористость и скорость потока, что влияет на время работы скруббера.
-
Влияние температуры на скруббер
- Скорость реакции абсорбента снижается при низких температурах.
- Тепло от реакции поглощается стенками канистры, что ускоряет прорыв углекислого газа.
-
Вентиляция и дренаж
- Во время подъема газ должен иметь выход, чтобы избежать травм.
- Используются клапаны и диффузоры для контроля давления и маскировки пузырьков.
- В некоторых противогазах есть ловушки для воды, чтобы предотвратить попадание воды в скруббер.
-
Источники газа
- Противогазы должны иметь источник кислорода, обычно в виде чистого кислорода или дыхательной газовой смеси.
- Для глубоких погружений используется цилиндр с разбавляющим газом, таким как сжатый воздух или нитрокс.
-
Состав и функции газа-разбавителя
- Газ-разбавитель влияет на плотность газа и работу дыхания на глубине.
- Газ-разбавитель добавляется в дыхательный контур при необходимости изменения состава газа.
-
Автоматические клапаны разбавителя
- Автоматические клапаны разбавителя (ADV) добавляют газ при снижении объема в контуре.
- ADV могут быть управляемыми диафрагмой или верхней частью мехов.
-
Ручное добавление газа
- В замкнутых контурах ребазеров газ добавляется вручную.
- В кислородных ребазерах добавляется только кислород, в смешанных газах — кислород и разбавитель.
-
Постоянный массовый поток
- Используется в активных полузакрытых ребазерах и многих замкнутых контурах.
- Обеспечивает постоянный поток газа при постоянной глубине.
-
Пассивное добавление газа
- В пассивных полузакрытых ребазерах газ добавляется при опустошении мехов.
- Не требует отдельного ADV, но может иметь два клапана для надежности.
-
Электронно управляемые клапаны
- В электронно управляемых замкнутых контурах кислород подается через постоянный массовый поток, а контроль давления осуществляется соленоидными клапанами.
-
Альтернативный газ
- В некоторых технических ребазерах можно подключить альтернативный газ через систему быстрого подключения.
-
Аварийный газ
- Аварийный газ и процедура аварийного выхода тесно связаны.
- Аварийный газ должен быть достаточным для безопасного возвращения на поверхность.
-
Контроль газовой смеси
- Основные требования: удаление углекислого газа и поддержание безопасного уровня кислорода.
- В кислородных ребазерах смесь статична при 100% кислорода.
- В полузакрытых ребазерах смесь зависит от типа системы добавления газа и работы.
- В замкнутых контурах с ручным управлением дивер контролирует смесь и объем.
- В электронно управляемых контурах датчики контролируют парциальное давление кислорода.
-
Индикация и сигнализация
- Индикация может варьироваться от минимального давления до сложных электронных контроллеров.
- Сигнализации могут включать отказ системы, датчиков, низкое или высокое парциальное давление кислорода, наличие других газов в системе.
- При срабатывании сигнализации рекомендуется добавить разбавитель для поддержания пригодности газа.
-
Работа дыхания
- Работа дыхания — это усилие, необходимое для дыхания.
- Включает физиологические факторы, механику аппарата и характеристики газа.
- Высокая работа дыхания может привести к накоплению углекислого газа и снижению физической активности.
- В экстремальных случаях работа дыхания может превысить аэробную способность дайвера.
-
Компоненты работы дыхания
- Сопротивление дыханию связано с ограничениями потока газа и сопротивлением газа.
- Гидростатическое сопротивление дыхания связано с разницей давлений между легкими дайвера и противолегкими аппарата.
- Дизайн аппарата может ограничить механическое сопротивление, особенно через конструкцию скруббера, противолегких и дыхательных шлангов.
-
Влияние на работу дыхания
- Выбор газовой смеси и глубина влияют на работу дыхания.
- Гелий снижает работу дыхания, а увеличение глубины увеличивает её.
- Избыточная влажность скруббера и слишком мелкий размер абсорбента также увеличивают работу дыхания.
-
История и развитие
- Полузакрытые системы, такие как Drägerwerk и Mark V Heliox, использовали инжекторную систему для циркуляции газа через шлем и скруббер.
- Эти системы не подходили для высоких скоростей дыхания.
-
Безопасность
- Проблемы безопасности связаны с работой оборудования и окружающей средой.
- Методы решения включают инженерные и оперативные подходы.
- Работа дыхания ограничивает максимальную глубину работы.
-
Опасности
- Гипоксия может возникнуть при недостаточной продувке системы.
- Гиперксия может возникнуть при спуске на глубину или неисправности кислородного датчика.
- Неисправность источника питания и использование неправильного разбавителя также могут привести к проблемам.
- Накопление углекислого газа может произойти при отсутствии или износе скруббера.
- Чрезмерная работа дыхания может привести к накоплению углекислого газа.
- Высокие концентрации кислорода увеличивают риск пожара.
- Заливание воды в скруббер может вызвать «каустический коктейль», вызывающий химические ожоги.
-
Режимы отказа
- Отказ скруббера может произойти из-за полного потребления активного ингредиента или обхода абсорбента.
- Неправильная упаковка или установка скруббера также может привести к его неэффективности.
- На глубине требуется больший скруббер из-за более плотной упаковки молекул газа.
-
Проблемы с абсорбентом углекислого газа
- Смешивание абсорбента с водой может образовывать едкий коктейль.
- Чрезмерное увлажнение снижает скорость удаления углекислого газа.
- Современные ребризеры не выделяют едкую жидкость при намокании.
-
Затопление контура
- Утечка в нижней точке контура может привести к затоплению.
- Загубник может смещаться без предварительного закрытия клапана.
- Некоторые ребризеры оснащены системой удаления воды.
-
Утечка газа
- Утечка может произойти из компонентов высокого и среднего давления.
- Последствия зависят от серьезности утечки.
-
Сбой контроля содержания кислорода
- Отказ электрогальванических датчиков кислорода.
- Сбой в логике голосования и отображении.
- Последствия включают гипоксию, гипероксикоз и неверную информацию о декомпрессии.
-
Неисправность системы впрыска газа
- Засорение отверстия для подачи кислорода.
- Неисправность цепи управления инжектором.
- Возможны два подхода к предотвращению потери доступности.
-
Неисправность автоматического клапана разбавителя
- ADV может застревать в открытом состоянии или не открываться.
- Свободный поток быстро израсходует разбавитель.
-
Мониторинг скруббера
- Планирование погружений и плановая замена абсорбента.
- Контроль температуры для измерения положения фронта реакции.
-
Отказоустойчивый дизайн
- Отказоустойчивость важна для систем высокой доступности.
- Базовый кислородный ребризер имеет серьезные эксплуатационные ограничения.
- Мониторинг состава газа требует электрических датчиков.
-
Ребризер с электронным управлением
- Блок управления получает данные от нескольких датчиков.
- Система уязвима при минимальном eCCR.
- Критические неисправности могут иметь фатальные последствия.
-
Проблемы с кислородными элементами
- Сбои в работе кислородных элементов могут привести к серьезным последствиям.
- Использование многократного резервирования повышает надежность.
-
Проблемы с кислородными датчиками
- Высокая стоимость и короткий срок службы датчиков.
- Непредсказуемое время выхода из строя и чувствительность к окружающей среде.
-
Методы обнаружения неисправностей
- Калибровка датчиков по известному газу.
- Сравнение нескольких ячеек для выявления неисправностей.
-
Архитектура отказоустойчивого ребризера
- Аппаратное резервирование, надежное ПО и система обнаружения неисправностей.
- Совместное использование цифровых сигналов для изоляции неисправных компонентов.
-
Характеристики безопасности
- Полная автоматизация системы управления.
- Высоконадежная система кислородных датчиков.
- Система обнаружения неисправностей датчиков.
-
Технологические инновации
- Спасательные клапаны и системы спасения по замкнутому циклу.
- Встроенные декомпрессионные компьютеры.
- Системы контроля срока службы скруббера и уровня углекислого газа.
-
Проблемы и решения
- Точное измерение парциального давления кислорода.
- Многократное резервирование и логика голосования.
- Пассивная проверка датчиков (PSV) и активная проверка датчиков (ASV).
-
Проверка датчиков
- Проверка датчиков может выявить несколько режимов отказа, включая неправильные показания температуры, конденсацию на датчике кислорода, дефектный датчик кислорода и другие причины.
- Гиперксическая линейность теста (HLT) использует кислород как промывочный газ на глубине 6 м для проверки линейности датчика до 1.6 бар PO2.
-
Мониторинг углекислого газа
- Гиперкапния является распространенной причиной фатальных случаев при использовании ребризеров.
- Методы контроля включают использование метаболического кислорода и температуры активной зоны абсорбента.
- Прямые измерения CO2 в дыхательной системе могут быть более точными, но требуют дополнительных затрат и сложности.
-
Автоматизированные предпогружные проверки
- Cis-Lunar Development Laboratories внедрили электронные предпогружные проверки в свои ребризеры, что снизило риск ошибок.
- Система включает автоматическую калибровку кислородных датчиков и внутренние диагностики.
-
Head-up дисплеи
- Интерфейс управления ребризером может быть улучшен для снижения риска ошибок.
- Эффективные сигналы тревоги должны быть направлены на разные чувства, чтобы избежать привыкания и снижения внимания.
-
Эффективный дисплей
- Обеспечивает нужную информацию в нужное время
- Помогает избежать путаницы и стресса
- Использует несколько дисплеев или представлений
-
Спасение по замкнутому циклу
- Уменьшает объем спасательного оборудования
- Поддерживает систему спасения на любой глубине
- Включает мониторинг парциального давления кислорода
-
Регистрация данных
- Помогает анализировать несчастные случаи и разрабатывать ребризеры
- Регистрирует данные для обучения дайверов
- Увеличивает точность и детализацию данных
-
Производители и модели
- Кислородные дыхательные аппараты: FROGS, LAR-5, LAR-6, LAR-V, Mark IV Amphibian, CDBA, Davis Submerged Escape Apparatus, Salvus, IDA71, SDBA
- Ребризеры для смешанного газа: Inspiration, BioMarine CCR 1000, Viper, Carleton CDBA, Cis-Lunar, Dräger Dolphin, Dräger Ray, Halcyon PVR-BASC, Halcyon RB80, Interspiro DCSC, KISS, JJ CCR, Divesoft Liberty, Poseidon MkVI, Prism 2, SF2, Siebe Gorman CDBA, Oceanic, Juergensen Defense Corporation, Orca ECR, Мегалодон, rEvo III, O2ptima CM
-
Основные термины
- Скруббер углекислого газа
- Аварийный дыхательный аппарат
- Основная система жизнеобеспечения
- Ребризер
- Погружение с ребризером
- Автономный дыхательный аппарат (SCBA)
-
Погружение с ребризером
- Подводное плавание с использованием автономного аппарата для рециркуляции дыхательного газа
- Автономный дыхательный аппарат (SCBA)
-
Автономный дыхательный аппарат
- Система подачи дыхательного газа, которую носит с собой пользователь
- Включает поверхностные (промышленные) дыхательные аппараты, включая ребризеры
-
Рекомендации
- Цитируемые работы
- Внешние ссылки
-
Средства массовой информации
- Водолазные ребризеры на Викискладе