Как это работает. Акваланг
Первый такой аппарат был запатентован в 1866 году, а широкой общественности стал известен чуть позже из романа Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой». Привычное нам название появилось уже в XX столетии благодаря двум французам – морскому офицеру Жаку Иву Кусто и инженеру Эмилю Ганьяну. В 1943 году они основали фирму Aqua Lung («водяное легкое»). Продукция компании быстро обрела популярность в мире, а название «акваланг» стало определением подобных аппаратов во многих странах.
В России один из ведущих создателей аквалангов – Научно-производственное предприятие «Респиратор» холдинга «Технодинамика». Продукцией «Респиратора» пользуются как дайверы, так и профессиональные водолазы. На примере одной из последних моделей предприятия – воздушно-дыхательного аппарата АВМ-15 – рассказываем, как устроен и работает современный акваланг.
Как учились дышать под водой
Исследовать подводный мир и чувствовать себя «как рыба в воде» человек стремился с древних времен. Первые конструкции, которые помогали дышать под водой, описаны еще Аристотелем в 332 году до нашей эры. Не обошел вниманием разработку таких аппаратов и сам Леонардо да Винчи. Его изобретение внешне напоминает современные акваланги – мешок с дыхательной смесью, который крепится к груди железными обручами, загубник и бронзовый зажим для носа. Чертежи Леонардо да Винчи так и остались на бумаге, а первый автономный дыхательный аппарат, который получил практическое применение, появился только в 1865 году. Его создатели – французы Бенуа Рукейроль и Огюст Денейруз – назвали новинку «Аэрофором». Аппарат представлял собой стальной баллон с воздухом под давлением 20-25 атмосфер, соединенный через редуктор с загубником. Мембранный редукционный клапан – это и было главным открытием и залогом популярности «Аэрофора». Это маленькое новшество позволяло подавать воздух только в момент вдоха под нужным давлением. Аппарат использовался военно-морским флотом, про него рассказывал Жюль Верн в своей книге «Двадцать тысяч лье под водой».
«Аэрофор» можно назвать «предком» современного оборудования открытого цикла дыхания, то есть со вдохом воздуха из баллона, а выдохом в воду. До современных «собратьев» «Аэрофору» оставался всего один шаг – увеличить запас воздуха, используя его под более высоким давлением. На практике это осуществил в 1933 году капитан французского военного флота Ив Ле Приор. Ему удалось повысить давление в баллоне до 100 атмосфер, но пришлось использовать закрытую схему дыхания – выдох производился в маску.
Спустя десять лет Жак Ив Кусто и Эмиль Ганьян совершенствуют дыхательный аппарат и доводят его до того вида, который мы знаем сегодня. Это два баллона с воздухом (100-150 атмосфер) и редуктор, подающий воздух под правильным давлением, причем только в момент вдоха.
Кусто и Ганьян назвали свою компанию Aqua Lung. Слово «акваланг» очень быстро стало нарицательным во многих странах, в том числе и у нас. В английском языке такие аппараты чаще называют SCUBA (Self-contained Breathing Underwater Apparatus).
Современные акваланги, конечно, отличаются от самых первых аппаратов Кусто-Ганьяна. За эти годы существенно изменились технологии, появились новые материалы. К примеру, натуральная резина и латунь уступили место более прочным пластикам – силикону и полиуретану. Усовершенствовались также конструкции загубника и клапанов, а баллоны стали изготавливать из современных композитов. Однако, принципиальная схема аквалангов не изменилась. Рассмотрим ее на примере воздушно-дыхательного аппарата АВМ-15, который производится в НПП «Респиратор» – одном из ведущих в стране разработчиков воздушно-дыхательного оборудования .
Устройство и принцип работы акваланга
Основные части любого современного акваланга – это баллон с воздухом под высоким (200-300 атмосфер) давлением и двухступенчатый редуктор. Модель АВМ-15 включает два баллона емкостью по семь литров. Кроме сжатого воздуха в аппарате могут использоваться обогащенные кислородом искусственные дыхательные смеси (NITROX и т.п.). Такие составы делают нахождение на глубине под действием большего давления более комфортным для нашего организма.
Дышать напрямую из баллона под давлением 200 атмосфер невозможно. Поэтому к баллону присоединяется специальный двухступенчатый редуктор. Первая ступень снижает давление до нормального значения. В зависимости от конструкции и модели оно может быть разным. В аппарате АВМ-15 рабочее давление не превышает 19,6 Мпа.
Вторая ступень редуктора называется регулятором, отвечает за две важные функции. Во-первых, подает воздух под давлением, равным давлению воды на любой глубине. Ведь даже находясь на метровой глубине уже тяжело вздохнуть. Поэтому просто необходимо компенсировать давление воды. Во-вторых, регулятор следит за тем, чтобы воздух для дыхания подавался только в момент вдоха. Очевидно, что это помогает расходовать воздух намного экономнее. Выдыхает аквалангист прямо в воду. Таким образом, воздух используется всего один раз, а АВМ-15 относится к дыхательным системам открытого цикла.
Как видно, АВМ-15 по своему устройству и принципу работы схож с другими аквалангами своего класса. При этом он обладает некоторыми особенностями, которые делают работу профессиональных водолазов и дайверов еще комфортней. К примеру, в состав аппарата входит запатентованное сигнальное устройство «пузырькового» типа, которое предупреждает, когда основной запас воздух заканчивается. Аппарат может быть использован и при минусовых температурах. Незамерзающий АВМ-15 уже прошел «экзамен» в Антарктике – его использовали для подводных погружений члены экспедиции проекта «13 морей России».
События, связанные с этим
Взрывная история: старейшему производителю тротила – 110 лет
Профессии Ростеха: разработчик VR-тренажеров
Источник
Акваланг. Виды и работа. Устройство и как выбрать. Особенности
В переводе с французского «акваланг» означает «водяные легкие». Это устройство создавалось не сразу. Постепенно разрабатывались отдельные его элементы: прежде всего регулятор подачи воздуха, который впоследствии был адаптирован для оснащения акваланга. В 1978 году был впервые опробован прибор для дыхания под водой на чистом кислороде. А непосредственно акваланг был запатентован в 1943 году французами Жаком-Ивом Кусто и Эмилем Ганьяном.
Устройство и принцип работы
Акваланг включает в себя:
- Баллон — одну, две или даже три металлические емкости, содержащие сжатый воздух. Обычно объем баллона составляет 5 и 7 литров, но имеются устройства на 10 и 14 литров. Емкости имеют форму цилиндра и вытянутую горловину. К ней крепится патрубок или трубка высокого давления (посредством резьбы внутри горловины). Баллоны производятся из стали, титана, углеволокна, сплавов алюминия и др. Разные материалы обладают различным весом, долговечностью и стоимостью. Но они должны отвечать основному требованию – выдерживать высокое давление (230-300 атм.). Стальные емкости обрабатываются специальным составом, защищающим их от коррозии.
- Регулятор, в устройстве которого имеются редуктор и легочный автомат. Воздух из баллона под давлением поступает в редуктор, где давление опускается до среднего уровня. Затем через шланг воздух направляется в легочный автомат, где его давление приобретает рабочее значение, и через загубник используется для дыхания аквалангистом. В акваланге присутствуют основной и запасной регуляторы, но устройство может оснащаться и большим их числом.
- Компенсатор плавучести — устройство, необходимое для компенсации переменной плавучести аквалангиста во время погружения и во время пребывания на поверхности.
Принцип работы
При опускании на глубину на аквалангиста действует давление воды. И чем больше глубина, тем большей силы давление. Для осуществления вдоха приходится преодолевать эту силу. Однако человеческие дыхательные мышцы не способны сделать это самостоятельно, поэтому воздух для вдыхания должен подаваться под давлением, большим, чем давление воды. За это отвечает регулятор.
Давление воздуха в регуляторе проходит два этапа изменения.
- Первый и основной этап — понижение давления. Это происходит посредством редуктора — составного элемента регулятора, встраиваемого на вентиль баллона.
- Второй этап — нормализация давления до рабочего уровня и автоматизация дыхательного процесса. Эту функцию обеспечивает дыхательный автомат, который находится во рту аквалангиста и сообщается с редуктором посредством шланга.
Редукторы бывают поршневыми и мембранными. Мембранные являются наиболее распространенными. Их принцип работы сводится к следующему.
Первый этап
- Когда давление в шланге принимает определенное значение, клапан редуктора блокирует поступление воздуха из баллона. Система достигает равновесного состояния.
- Когда аквалангист делает вдох, давление падает, клапан вновь открывается и поступает новая порция воздуха.
- Когда вдох произведен, давление в шланге опять повышается и клапан регулятора закрывается.
Второй этап
- Когда аквалангист вдыхает, он втягивает в себя воздух.
- Мембрана смещается и сдвигает рычаг, который открывает клапан подачи воздуха.
- С прекращением вдоха давление нормализуется и мембрана возвращается в прежнее положение, закрывая клапан.
Резервный источник дыхания
Некоторые аквалангисты предпочитают брать с собой дополнительные источники дыхательной смеси. Такими источниками выступают мини-акваланги. Мини-акваланг — это система небольшого размера, которую можно применять при неглубоководных погружениях. В нее включены емкость с дыхательной смесью небольшого объема и редуктор с загубником.
Типы аквалангов
По типу дыхания акваланги делятся на три группы.
Акваланг с открытой схемой
Этот тип оборудования работает только на вдох. Сжатый воздух при вдыхании поступает из дыхательного аппарата в лёгкие дайвера через загубник, а выдох происходит в воду. Переработанный и свежий воздух не перемешиваются между собой. Это предотвращает кислородное голодание и вероятность отравления углекислым газом.
Регулятор расположен на выходе баллона и осуществляет подачу воздуха. Дыхательная смесь подается из каждой емкости по очереди через стопорные краны. Получить информацию о количестве оставшегося воздуха можно по манометру, который соединен с регулятором. По нему есть возможность узнать также и давление воздуха, имеющегося в баллоне.
Акваланг с открытой схемой имеет несложное устройство и надежен в эксплуатации. Единственный его недостаток заключается в том, что он не предназначен для глубинных погружений вследствие большого потребления воздуха.
С полузакрытой и закрытой схемой
В оборудовании с полузакрытой схемой половина выдыхаемого воздуха возвращается на регенерацию, а половина выходит наружу.
При закрытой схеме дыхания один и тот же воздух в баллоне используется для дыхания несколько раз. Выдыхаемый воздух поступает на регенерацию, очищается от углекислого газа и обогащается кислородом. Таким образом, характерные пузырьки при выдохе отсутствуют, и вид аквалангиста не так отпугивает морских обитателей, что важно для исследований подводной фауны.
Закрытая система имеет множество преимуществ:
- Обладает небольшими габаритами и весом.
- Позволяет опускаться на значительную глубину и пребывать под водой длительное время.
- Обеспечивает аквалангисту возможность меньше привлекать к себе внимание.
К минусам можно отнести высокую стоимость и возможность использования оборудования данного вида только при достаточной натренированности.
Выбор баллона
Выбирая акваланг, следует оценивать определенные параметры этих устройств:
Материал
Наиболее распространены емкости для воздуха из стали или алюминия. Алюминиевые не подвержены коррозии, а стальные наиболее прочны. Среди профессиональных аквалангистов пользуются популярностью стальные баллоны, которые при грамотном использовании очень долговечны. Однако такие изделия обязательно должны иметь защитное антикоррозийное покрытие.
Количество и объём
Сколько сосудов должен иметь акваланг — дело личных предпочтений, так как не имеет принципиальных отличий, брать с собой один 14-литровый баллон или два по 7 литров. Здесь прослеживается только одно правило: чем более глубоким и продолжительным будет погружение, тем больший объем воздуха потребуется и тем больший объем баллона нужно брать.
Опытные аквалангисты зачастую берут не камеры, а компрессор. При его наличии камеры можно арендовать или самостоятельно перезаправлять имеющиеся. Стоит он немало, поэтому покупать новый компрессор или бывший в употреблении — зависит от бюджета и индивидуальных пожеланий. Новичкам же заморачиваться с покупкой компрессора стоит только в том случае, если подводными погружениями планируется заниматься долго и серьезно.
Регуляторы — это сложные и хрупкие механизмы. Для обеспечения их долгой и беспроблемной работы им требуется особый уход. После каждого использования регулятор обязательно нужно тщательно выполаскивать от соли. Сушить резиновые части автомата необходимо подальше от ультрафиолетовых лучей, поскольку под ними происходит пересыхание и растрескивание.
Источник
Устройство акваланга
Ключевая задача акваланга — обеспечить поступление воздуха в легкие аквалангиста. Но подача воздуха должна осуществляться под тем же давлением, что существует в природной среде. Современное устройство акваланга включает четыре основных части:
- Баллоны. Обязательно очень прочные, обычно стальные или из сплава алюминия, емкости для воздуха. Воздух в них закачивается под давлением. В среднем, давление в баллоне акваланга составляет от 200 до 300 атмосфер.
- Регулятор давления. Переключает давление с высокого на низкое, обеспечивая поступление воздуха в легкие аквалангиста.
- Вспомогательное оборудование. Прежде всего, сюда входит: маска, ремни, шланги для соединения и грузовая система.
- Компенсатор плавучести. Специальная резиновая емкость, наполненная воздухом.
Правильная проверка акваланга включает анализ всех частей устройства и правильность их соединения между собой.
Тип дыхания
Все акваланги подразделяются на виды в зависимости от типа дыхания:
- Открытая схема. Акваланг работает только на вдох. Выдох происходит в воду.
- Полузакрытая схема. Одна часть воздуха, как в предыдущем случае, отправляется в воду, а вторая часть — на регенерацию.
- Замкнутая схема. Наиболее эффективный тип дыхания. Выдыхаемый воздух проходит через фильтр, где удаляется углекислый газ и воздух обогащается кислородом.
Если при погружении надо привлекать как можно меньше внимания к подводным жителям, рекомендуется использовать замкнутую схему дыхания. Но она же технически самая сложная.
Чем больше элементов в системе — тем выше вероятности поломки всего устройства. Поэтому перед очередным погружением такой акваланг надо проверить особенно тщательно.
Особенности баллонов
Баллон это главное, из чего состоит акваланг, и он обязательно делается из прочного материала, выдерживающий давление, создаваемое на уровне нескольких десятков метров под водой. Но не менее важно и конкретный газ, который закачивается в акваланг.
Чаще всего, это очищенный и обезвоженный воздух, пригодный для дыхания. Его преимущества в максимальной пригодности для человеческого дыхания. Хотя могут также использоваться специальные смеси для дыхания. Состоят из кислорода, азота и гелия.
Заправка баллонов осуществляется с помощью компрессора, он под давлением закачивает воздух, одновременно очищая от масла и других нежелательных мельчайших частиц. Использование хорошего компрессора это главный принцип работы акваланга и безопасного дайвинга.
Характеристики баллонов
В акваланге может быть один, два или три баллона сразу. При этом размеры варьируются от 5 до 15 литров. В большинстве случаев, новичку хватает баллона на 10 литров. Размеров вполне хватает, чтобы делать относительно глубокие, но недолгие погружения.
Если используются стальные баллоны, их поверхность обязательно покрывается защитным материалом. В противном случае неизбежно появление коррозии, ухудшение технических характеристик баллонов.
Особенности регуляторов
Основные функции, которые выполняет регулятор акваланга:
- Снижение давления до такого состояния, которое необходимо на данной глубине погружения.
- Установка дыхательных масок на шланге.
Контроль давления в баллоне обычно осуществляется с помощью вспомогательного инструмента — манометра.
Существует одно- и двухступенчатая система регулятора. В любом случае, устанавливается устройство на вентиле и давление в акваланге может регулироваться поворотом механизма. К сожалению, одноступенчатый регулятор располагается слишком близко и может вызывать затруднения с дыханием. Поэтому больше востребованы двухступенчатые модели.
Чтобы при погружении можно было контролировать давление в баллонах для дайвинга надо первоочередное внимание уделить манометру. Часто акваланги комплектуются не очень качественным дополнительным оборудованием, поэтому ничто не мешает заменить на другой, более совершенный.
Безопасность погружения также зависит от скорости расхода воздуха. Новички иногда могут дышать очень быстро, расходуя запас жизненно важного газа. Поэтому первые погружения лучше все делать с профессиональным наставником.
Источник
