Дыхательное устройство под водой

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

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.

Из чего состоит акваланг

Акваланг состоит из следующих составных частей:

• баллон. Применяют обычно одну или две ёмкости, заполненные дыхательной смесью. Одна ёмкость вмещает в себя от 7 до 18 литров сжатого воздуха;
• регулятор. Как правило, состоит из двух частей — редуктора и лёгочного автомата. В одном акваланге может содержаться от одного до нескольких редукторов;
• компрессор плавучести. Это специальный надувной жилет, благодаря которому дайвер может регулировать глубину погружения.

Кто изобрел акваланг

Первый образец акваланга был придуман в 19 веке Бенуа Рукейролем и Огюстом Денейрузом, причем познакомились они именно благодаря этому изобретению. Горный инженер Рукейроль разрабатывал аппарат автономного дыхания для спуска в шахту, а лейтенант французского флота Денейруз, узнав об этом, предложил применять этот агрегат для погружения человека под воду. Снаряжение было запатентовано, но не получило широкого распространения из-за высокой цены и ряда серьезных недостатков. Баллоны могли выдерживать незначительное давление и позволяли аквалангисту пребывать под водой лишь несколько минут, затем требовалось подавать воздух с поверхности при помощи насоса.

В 1936 году француз Ив Ле Прийор изобрел полностью автономный агрегат, способный выдерживать давление до 150 атмосфер. Конструкция включала в себя не только сам аппарат, но и специальную маску, наполнявшуюся воздухом из баллона.

Усовершенствованную конструкцию для подводного плавания создал капитан французского флота Жак Ив Кусто совместно с инженером Эмилем Ганьяном в 1943 году. Это был эффективный и безопасный агрегат, позволявший аквалангисту погружаться на глубину до 60 метров. Впоследствии это устройство стало основным элементом экипировки дайверов, во Франции его начали продавать под торговой маркой Aqua Lung.

Какие бывают

Популярные модели аквалангов различаются схемой дыхания, в связи с чем они делятся на такие типы:

• С закрытой схемой. Выдыхаемый воздух освобождается от углекислого газа и, при необходимости, насыщается кислородом. Таким образом, дайвер для дыхания использует один и тот же объем воздуха, находящийся в баллоне, несколько раз. При этом пловец, выдыхая, не создает вокруг себя пузырьки, что позволяет ему спокойно находиться среди морских обитателей, не пугая их своим присутствием. Считается оптимальным вариантом для профессионалов. Возглавляют рейтинг качественных товаров. Преимущества: дайвер практически не привлекает к себе внимания, находясь длительное время на значительной глубине. Конструкция имеет незначительный вес и габариты. Недостаток – для новичков он не подходит.
• С полузакрытой схемой. Данные устройства от предыдущего варианта отличаются тем, что часть выдыхаемого воздуха регенерируется, а часть выпускается в воду.
• С открытой схемой. Повторное использование выдыхаемого воздуха полностью исключается. Аквалангист получает сжатый воздух посредством загубника из дыхательного устройства, выдох осуществляется прямо в воду. Регулятор используется в качестве проводника для подачи воздуха. Он находится на выходе баллонного блока. Манометр помогает пловцу убедиться в рабочем показателе и наличии воздуха в баллоне. К позитивным моментам стоит отнести несложность конструкции и надежность в процессе использования. Отрицательное качество – не подходит для глубинных погружений.

Лучшие производители выпускают агрегаты, разнящиеся устройством, в связи с чем их делят на такие виды:

• с разделением ступеней редуцирования воздушных масс;
• без разделения ступеней редуцирования воздушных масс;
• двухступенчатые;
• одноступенчатые.

Если отталкиваться от количества баллонов, то различают 3, 2 и 1-баллонные модели. Различия бывают и в дыхательном автомате, поэтому устройства делят на такие типы:

• с противоточным механизмом клапана;
• с поточным механизмом клапана.

Конструктивные особенности

Основными составными частями акваланга являются:

Элементы	Описание
Баллон	Специальные емкости, внутри которых находится сжатый воздух. В большинстве случаев, имеют объем 5 или 7 литров, однако встречаются новинки на 10 и 14 литров. По форме напоминают цилиндр с вытянутой горловиной, к которой крепится трубка или патрубок. Материал изготовления – углеволокно, сталь, алюминиевые сплавы, титан и т.д. Материалы разнятся стоимостью, износостойкостью и весом, но отвечают главному требованию – выдерживают существенное сжатие (до 300 атм.). Что качается стальных конструкций, то во избежание появления коррозии их обрабатывают специальным антикоррозийным составом.
Регулятор	Состоит из редуктора и легочного автомата. Редуктор предназначен, чтобы давление поступающего из баллона сжатого воздуха понизить до среднего уровня. После этого, воздух со средним уровнем сжатия поступает в шланг, а потом в легочный автомат, где он получает оптимальное значение. Аквалангист использует его для дыхания через загубник. Акваланги оснащены основным и запасным регуляторами. Их число разнится в зависимости от модели и производителя.
Компенсатор плавучести	Приспособление, основная задача которого – компенсировать переменную плавучесть человека в процессе погружения и в период нахождения на поверхности.

Как выбрать и где купить аппарат

Критерии выбора каждый человек определяет для себя самостоятельно, однако рекомендации специалистов сводятся к следующему: стоит особое внимание обратить на баллоны. Какой лучше купить, зависит от многих факторов, но прежде всего от качества материала изготовления.

Самыми распространенными считаются алюминиевые и стальные: алюминий не боится коррозии, а сталь обладает прочностью. Оптимальный вариант для профессиональных дайверов – стальные баллоны, которые, при правильном использовании и уходе, отличаются длительным сроком службы. Но стоит проверить наличие специального антикоррозийного покрытия.

По мнению аквалангистов, выбирать объем и количество баллонов нужно тщательно. Все зависит от глубины и длительности погружения. Чем продолжительнее водное путешествие, тем больший объем воздуха потребуется.

Зачастую, профессиональные дайверы берут с собой не камеры, а компрессор. Он помогает самостоятельно перезаправить камеры. Средняя цена такого устройства значительная, поэтому можно приобрести модель, бывшую в употреблении. Однако, если позволяют финансы, лучше остановить свой выбор на новом компрессоре, в котором вы будете полностью уверены. Для начинающих ныряльщиков такое снаряжение не является обязательным и на нем можно сэкономить.

Какой фирмы лучше купить каждый определяется самостоятельно, исходя из личных предпочтений и денежных средств. Самые хорошие стоят дорого, бюджетные варианты больше подходят для начинающих. Чтобы не ошибиться при выборе, нужно ознакомиться с функционалом, изучить рейтинги и проанализировать отзывы покупателей.

Лучше всего посетить специализированные маркеты, получить совет от менеджера по продажам, выбрать понравившуюся модель по цвету и дизайну. Набор можно заказать онлайн в интернет-магазине. По цене это выйдет дешевле, но нет гарантии того, что не получится приобрести некачественную подделку.

Есть еще 1 вариант – сделать акваланг своими руками. В интернете есть даже пошаговая инструкция, как сделать аппарат в домашних условиях. Умельцы используют для этих целей газовые баллоны и противогазы. Получаются недорогие изделия, но насколько они надежные и долговечные? По мнению покупателей, экономить на собственном здоровье и рисковать жизнью не стоит.

Где купить акваланг

Современные дайвинг-центры готовы предоставить снаряжение для дайвинга в аренду. Чтобы воспользоваться этой услугой, необходимо лишь предъявить сертификат дайвера. Однако, по мнению опытных аквалангистов, лучше иметь собственный акваланг, это дает уверенность в качестве и надежности аппарата и позволяет подобрать оборудование с учетом личных предпочтений. Новички могут обратиться к своему инструктору по дайвингу, он даст компетентные рекомендации по выбору магазина и посоветует, акваланг какой фирмы лучше купить.

По мнению многих покупателей, лучше приобрести набор экипировки в специализированной торговой точке или заказать онлайн в надежном интернет-магазине. Второй вариант предпочтительнее, так как дает возможность изучить описание, отзывы и рейтинг товара, не выходя из дома.

Некоторые умельцы предлагают не покупать акваланг, а смастерить его своими руками. В интернете есть пошаговая инструкция, как сделать агрегат самостоятельно. Однако, такое изделие не может заменить профессиональное снаряжение и обеспечить безопасность дайвера, поэтому рисковать жизнью и здоровьем не стоит.

На что обратить внимание при выборе

Решить, какой акваланг лучше купить, не так-то просто. Ошибки при выборе могут не только привести к дискомфорту, но и стоить дайверу жизни. Необходимо учесть следующие критерии выбора:

• Емкость баллона. Наиболее распространены изделия, имеющие объем от 7 до 18 литров. Они рассчитаны на эксплуатацию при давлении 150 – 300 bar. Чтобы погружение в открытой воде было комфортным, требуется примерно 2500 литров воздуха. Оптимальным вариантом является 12-ти литровый баллон. Он дешевле, чем спарка из двух небольших емкостей, и удобнее, чем тяжелые 15-ти и 18-ти литровые агрегаты. Ныряние в неглубоком озере, а также учебные погружения не требуют большого запаса воздуха, для этих целей подойдет компактная 10-ти литровая модель. Для профессионалов, напротив, необходимы баллоны, имеющие увеличенную емкость или давление.
• Материал. Для изготовления баллонов применяют различные материалы: алюминий, сталь, композитный сплав, углеродное волокно. Модели из алюминия обладают лучшей плавучестью, но при этом они неудобны в транспортировке из-за большого веса на суше. Такое оборудование прекрасно подходит для обучения и тренировок. Популярность моделей из стали обусловлена их прочностью и долговечностью материала, однако, он имеет отрицательную плавучесть. Такие цилиндры обычно используют вместе с сухими гидрокостюмами, на пояс которых вешают дополнительные грузы.
• Габариты. Выбирая снаряжение, аквалангист должен обязательно учесть свою комплектацию и рост. Для невысоких дайверов подойдет изделие, имеющее малую высоту, но большой диаметр, или спарка из двух компактных моделей.
• Цена. Конечно, вопрос о том, сколько стоит экипировка, является существенным для большинства людей. Однако, следует помнить о том, что от выбранного баллона зависит безопасность, поэтому экономить на нем не следует. Желательно приобретать новое снаряжение от проверенных и надежных производителей, перед покупкой полезно изучить рейтинг качественных товаров и советы опытных дайверов.

Типы акваланга

Используется три типа аквалангов, различающихся между собой принципом дыхания.

Открытая схема

Достаточно недорогая, лёгкая и не имеющая больших габаритов экипировка. Этот тип дыхания работает только на подачу дыхательной смеси. Переработанный воздух при выдыхании выбрасывается в окружающую среду и не смешивается с воздухом в баллонах. Это позволяет избежать кислородного голодания или отравления углекислым газом. Отличается простотой конструкции и безопасен в использовании. Однако имеется один существенный недостаток: модели с открытой схемой дыхания не предназначены для глубоководных погружений из-за высокого расхода дыхательной смеси на глубине.

Замкнутая схема

Принцип работы такого типа акваланга заключается в том, что выдыхаемый ныряльщиком переработанный воздух проходит очистку от углекислоты, насыщается кислородом и вновь становится пригодным для дыхания. Такая система обладает большим количеством преимуществ:

• небольшая масса и габариты снаряжения;
• возможность погружения на глубоководье;
• большая длительность пребывания под водой;
• возможность оставаться незамеченным.

Однако настоящий тип экипировки рассчитан на высокий уровень подготовки и не подходит новичкам. К недостаткам можно отнести значительную стоимость.

Полузакрытая схема

Принцип работы такой системы является гибридом открытой и закрытой схем дыхания. То есть часть переработанного воздуха вновь обогащается кислородом и становится доступной для дыхания, а избыток выбрасывается в окружающую среду. При этом для разной глубины погружения используются разные газовые коктейли для дыхания.

Резервный источник дыхания

Многие дайверы в качестве резервного баллона предпочитают использовать мини-акваланги. Мини-модели представляют собой компактную систему, предназначенную для дыхания под водой на небольшой глубине. В систему мини-акваланга входит малолитражная ёмкость с воздухом и редуктор с загубником. Объём воздуха зависит от индивидуальных характеристик дайвера.

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.

Полезная информация: специальные дыхательные смеси предназначены для погружения на большую глубину.

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