Дайвинг с ребризером

Подводное погружение с использованием автономного аппарата для рециркуляции дыхательного газа Обучение боевых водолазов 2-го разведывательного батальона с ребризером Draeger LAR V

Дайвинг с ребризером - это подводное плавание с использованием ребризеров, которые рециркулируют дыхательный газ, уже использованный дайвером после замены кислорода используемого водолаза и удаления продукта метаболизма углекислого газа. Дайвинг с ребризером используется реационными, военными и научными дайверами в тех случаях, когда он имеет преимущества перед аквалангом с открытым контуром, а подача дыхательного газа с поверхности практически невозможна. Основными преимуществами дайвинга с ребризером повышенная газовая выносливость и отсутствие пузырьков.

Ребризеры обычно используются для подводного плавания, но также используются для аварийных систем для погружений с поверхности. Системы регенерации газа, используемые для глубокого погружения с гелиоксом, используются технологии, аналогичные ребризерам, как и в погружении с насыщением системы жизнеобеспечения, но в этих применениях оборудования для рециркуляции газа не используется. несет водолаз. Атмосферные водолазные костюмы также используют технологии ребризера для рециркуляции дыхательного газа, но в этой статье рассматриваются технологии, опасности и процедуры использования ребризеров окружающего давления, которые несет дайвер.

Ребризеры более сложны в использовании, чем акваланги с открытым контуром, и имеют больше точек отказа, поэтому приемлемо безопасное использование требует большего уровня навыков, внимания и ситуационной осведомленности, что обычно следует из понимания систем, тщательного обслуживания и овладения пракими навыками эксплуатации и.

Содержание

• 1 Сравнение с разомкнутой цепью
  • 1.1 Основной принцип
  • 1.2 Преимущества
    • 1.2.1 Преимущества эффективности
    • 1.2.2 Преимущества реализации
    • 1.2.3 Другие преимущества
  • 1.3 Недостатки
  • 1.4 Другие отличия
• 2 Эксплуатация
  • 2.1 Эффективность
  • 2.2 Регулирование смеси
    • 2.2.1 Уставки
  • 2.3 Расчет петлевой смеси
    • 2.3.1 Парциальное содержание кислорода в полузакрытом ребризере
      • 2.3.1 Постоянный массовый расход
      • 2.3.1.2 Пассивное добавление
    • 2.3.2 Максимальная рабочая глубина
  • 2.4 Аварийный выход
    • 2.4.1 Аварийный клапан (BOV)
• 3 Безопасность
  • 3.1 Опасности
  • 3.2 Внутренние ограничения типов ребризеров
    • 3.2.1 Кислородный ребризер
    • 3.2.2 Активная добавка SCR
      • 3.2.2.1 SCR постоянного массового расхода
      • 3.2.2.2 SCR с регулировкой по запросу
    • 3.2.3 Пассивный дополнительный SCR
      • 3.2.3.1 PASCR
      • без компенсации по глубине 3.2.3.2 PASCR с компенсацией по глубине
    • 3.2.4 CCR со смешанным газом
      • 3.2.4.1 CCR с ручным управлением
      • 3.2.4.2 CCR с электронным управлением
  • 3.3 Режимы отказа
    • 3.3.1 Отказ скруббера
      • 3.3.1.1 Последствия
      • 3.3.1.2 Предотвращение
      • 3.3.1.3 Смягчение последствий
    • 3.3.2 Отказ мониторинга кислорода
      • 3.3.2.1 Предотвращение
      • 3.3.2.2 Смягчение последствий
        • 3.3.2.2.1 Управление отказом ячейки в системе управления ребризером
    • 3.3.3 Неисправность цепи управления впрыским газом
      • 3.3.3.1 Предотвращение
      • 3.3.3.2 Смягчение последствий
    • 3.3.4 Затопление контура
      • 3.3.4.1 Предотвращение
      • 3.3.4.2 Снижение воздействия
    • 3.3.5 Утечка газа
      • 3.3.5.1 Предотвращение
      • 3.3.5.2 Снижение воздействия
    • 3.3.6 Блокировка отверстия CMF
      • 3.3. 6.1 Предотвращение
      • 3.3.6.2 Смягчение
  • 3.4 Риск
  • 3.5 Приборы и дисплеи
• 4 Процедуры
  • 4.1 Сборка и функциональные тесты перед погружением
  • 4.2 Стандартные рабочие процедуры во время погружения
    • 4.2. 1 Восстановление содержания кислорода в контуре
    • 4.2.2 Опорожнение контура
  • 4.3 Действия в аварийных ситуациях
    • 4.3.1 Аварийное отключение для разрыва контура
    • 4.3.2 Аварийные сигналы и неисправности
• 5 Обучение
• 6 Стандартные ребризеры для шлема для водолазных костюмов
• 7 Ребризеры для рекреационного дайвинга r Technology Innovations
• 8 См. также
• 9 Ссылки
  • 9.1 Источники
• 10 Внешние ссылки

Сравнение с разомкнутой цепью

Основной принцип

На малых глубинах, дайвер, использующий дыхательный аппарат с открытым контуром, обычно использует только около четверти кислорода вдыхаемого воздуха, что составляет около 4–5% от требуемого объема. Оставшийся кислород выдыхается вместе с азотом и углекислым газом - около 95% от объема. По мере того, как дайвер погружается глубже, используется примерно такая же масса кислорода, что составляет все меньшую часть вдыхаемого газа. Каждый выдох из комплекта акваланга открытого цикла представляет собой не менее 95% потраченного впустую полезного объема газа, который необходимо заменить из источника дыхательного газа..

Ребризер рециркулирует выдыхаемый газ для повторного использования и не выпускает его немедленно в мире. Инертный газ и неиспользованный кислород сохраняются для повторного использования, а ребризер для повторного использования газа, чтобы заменить израсходованный кислород, и удаляет диоксид углерода. Таким образом, газ в контуре ребризера остается пригодным для дыхания и поддерживает жизнь, а дайверу нужно нести только часть газа, которая требуется для системы с открытым контуром. Экономия пропорциональна давлению окружающей среды, поэтому она больше для более глубоких погружений и особенно значительна, когда в качестве разбавителя инертного газа используются дорогостоящие смеси, содержащие гелий. Ребризер также увеличенный газ для увеличения сжатия при расширении.

Преимущества

ВМС США обезвреживание взрывоопасных предметов (EOD) водолазы

Преимущества эффективности

Основное преимущество ребризера перед дыхательным оборудованием с открытым контуром экономное использование газа. При использовании акваланга с открытым контуром при выдохе дайвер полностью выдыхает воздух в воду в воду. Вдыхаемый воздух из акваланга с открытым контуром, баллоны которого заполнены обычным воздухом, содержит около 21% кислорода. Когда этот выдох возвращается в систему, уровень кислорода в нем находится в диапазоне от 15 до 16%, когда дайвер находится при атмосферном давлении. Это оставляет доступное использование кислорода примерно на 25%; оставшиеся 75% потеряны. Оставшиеся 79% дыхательного газа (в основном азот ) оставшиеся инертны, ныряльщик с аквалангом открытого цикла использует только около 5% содержимого своих баллонов.

На глубине преимущество ребризера еще более заметно. Скорость метаболизма дайвера не зависит от давления окружающей среды (т. Е. Глубины), поэтому скорость потребления кислорода не меняется с глубиной. Производство углекислого газа также не меняется, поскольку оно также зависит от скорости метаболизма. Объем увеличенного объема газа увеличивается в объеме.

Практические преимущества

Длительные или глубокие погружения с использованием акваланга с открытым контуром могут оказаться невозможными, поскольку существуют ограничения на количество и вес баллонов, которые могут носить дайвер. Экономия расхода газа также полезна, когда вдыхаемая газовая смесь содержит дорогие газы, такие как гелий. При обычном использовании на постоянной глубине погружается только одного кислород: небольшие объемы инертных газов теряются во время погружения газа, в основном из-за выпуска газа при всплытии. Например, дайвер с ребризером с замкнутым контуром практически не расходует разбавляющий газ после достижения полного погружения. При подъеме разбавителя не добавляется, однако большая часть газа в контуре теряется. Поэтому очень небольшое количество тримикса может хватить на многие погружения. Нередко бывает, что 3-литровый (19 кубических футов номинальный объем ) баллон дилуента рассчитан на восемь 40-метровых (130 футов) погружений.

Другие преимущества

• За исключением всплытия, ребризеры с замкнутым контуром не производят пузырьков, не издают пузырей и гораздо меньше шипения газа, в отличие от акваланга с открытым контуром ; это может скрыть военных водолазов и военных водолазам, занимающимся морской биологией и подводной фотографией, избежать тревожных морских животных и таким образом приблизиться к ним.
• Отсутствие пузырьков позволяет ныряльщикам-затонувшим корабля войти в закрытое пространство затонувших кораблей без медленного наполнения их воздухом, что может ускорить ржавление, а также является преимуществом при погружении в пещеры, если на потолке есть рыхлый материал, вытеснить пузырьками уменьшение видимости.
• Ребризер с замкнутым контуром может поддерживать оптимизацию инертных газов в дыхательной смеси и, следовательно, минимизации требований дайвера к декомпрессии , поддерживая поддержку и почти постоянное относительно высокое парциальное давление кислорода (ppO 2) на всех глубинах.
• Дыхательный газ в ребризере теплее и влажнее, чем сухой и холодный газ от оборудования открытого цикла, что делает более комфортным дыхание при длительных погружениях и вызывает меньше обезвоживание и охлаждение дайвера.
• Большинство современных ребризеров имеют системы чувствительных кислородных датчиков, которые позволяют дайверу или контуру управления регулировать парциальное давление кислорода. Это может дать преимущество в конце глубоких погружений, когда дайвер может поднять парциальное давление кислорода во время декомпрессии, что сокращает время декомпрессии. Необходимо следить за тем, чтобы парциальное давление кислорода не было таким, чтобы он мог стать токсичным. Исследования показали, что парциальное давление кислорода 1,6 может вызвать симптомы острой токсичности при длительном воздействии
• Потеря массы во время погружения снижается, поскольку используется гораздо меньшее количество газа, поэтому плавучесть не сильно меняется по мере погружения требуется меньший балластный вес для компенсации расхода газа.

Недостатки

По сравнению с аквалангом с открытым контуром ребризеры имеют некоторые недостатки, включая стоимость, сложность эксплуатации и обслуживания и т. д. критические пути к отказу. Неисправный ребризер может подавать газовую смесь, которая содержит слишком мало кислорода для поддержания жизни, слишком много кислорода, что может вызвать судороги, или может вызвать углекислому газу накапливаться до опасного уровня. Некоторые разработчики ребризеров пытаются решить эти проблемы, отслеживая с помощью электроники, датчиков и систем сигнализации. Они дороги и подвержены отказу, неправильной конфигурации и неправильного использования.

• Кислородные ребризеры (простой замкнутый контур) ограничены диапазоном глубины около 6 м, за пределами которого возрастает риск острой кислородной токсичности до неприемлемых уровней очень быстро.
• Ребризеры с полузамкнутым контуром менее эффективны, чем с замкнутым контуром, и более сложны с механической точки зрения, чем кислородные ребризеры с открытым контуром.
• Ребризеры с замкнутым контуром еще сложнее механически, и обычно применяются электронные приборы и системы управления для контроля и поддержания безопасной газовой смеси для дыхания. Это делает их более дорогими в производстве, более сложными в обслуживании и тестировании их схемами.
• В зависимости от сложности ребризера существует больше режимов отказа, чем для подводного плавания с открытым контуром, и несколько из этих режимов отказа дайвер не может легко распознать без технологического вмешательства.

Основным недостатком ребризера является то, что из-за отказа газ может оставаться доступным для дыхания, но предоставленная смесь может не поддерживать жизнь, и это может быть незаметно для пользователя. При разомкнутой цепи этот тип отказа может произойти только в том случае, если дайвер выберет неподходящий газ, и наиболее распространенный тип отказа разомкнутой цепи, отсутствие газа, становится очевидным сразу и шаги по исправлению, такие как переход на альтернативный источник питания. сразу.

Требование экстренной помощи при погружениях с ребризером может иногда также требовать, чтобы дайвер с ребризером нес почти столько же баллонов, как дайвер с открытым контуром, чтобы дайвер мог пройти необходимая декомпрессия останавливается, если ребризер полностью выходит из строя. Некоторые дайверы с ребризерами используют безопасные средства для безопасного всплытия с открытым контуром дыхания, а вместо этого полагается на ребризер, полагается, что безвозвратный отказ ребризера очень маловероятен. Эта практика известна как альпинизм или альпинистское дайвинг обычно не рекомендуется из-за предполагаемого высокого риска смерти в случае отказа ребризера.

Другие различия

Основное различие между дайвингом с ребризером и Подводное плавание с открытым контуром дайвинг - это контроль нейтральной плавучести. Когда аквалангист открытого типа вдыхает, количество сильного давления газа из его баллона уменьшается с помощью регулятора и попадает в легкие в гораздо большем объеме, чем он находится в баллоне. Это означает, что дайвер слегка опускаться с каждым выдохом. Этого не происходит с дайвером с ребризером, потому что дайвер циркулирует примерно постоянный объем газа между его легкими и дыхательным мешком. Это не является преимуществом или недостатком, но требует некоторой практики, чтобы приспособиться к разнице.

Эксплуатация

Ребризер работает, удаляя диоксид углерода из выдыхаемых газов, восполняя используемый кислород и предоставляя рециркулирующий газ под давлением окружающей среды, чтобы дайвер мог вдохнуть.

Эффективность

При дайвинге с ребризером типичная эффективная продолжительность дыхания составляет от получаса до нескольких часов, в зависимости от типа и размера скруббера с диоксидом углерода, температура окружающей среды, конструкция ребризера. В некоторых сухих открытых средах, таких как камера повторного сжатия или больница, может быть закрыта абсорбент в канистру, когда происходит прорыв.

Управление смесью

Основная потребность в ребризере - удерживать парциальное давление кислорода (ppO 2) в смеси от попадания слишком низкий (вызывающий гипоксию ) или слишком высокий (вызывающий кислородное отравление ). Если добавлено недостаточно нового кислорода, уровень кислорода в контуре может быть слишком низкой для поддержания жизни. У людей желание дышать обычно вызвано накоплением в крови углекислого газа, а не недостатком кислорода. Возникающая серьезная гипоксия вызывает внезапное отключение электричества без предупреждения или без предупреждения. Это делает гипоксию смертельной проблемой для ныряльщиков с ребризерами.

Метод использования для управления диапазоном парциального давления кислорода в дыхательном контуре, зависит от типа ребризера.

• В кислородном ребризере после тщательной промывки контура смесь становится статичной при 100% -ном содержании кислорода, а парциальное давление зависит только от глубины.
• В полузамкнутом ребризере Состав контура зависит от сочетания факторов:

• типа системы добавления газа и ее настроек в используемой с используемой газовой смесью, которые регулируют добавление кислорода.
• скорость работы и, следовательно, скорость потребления кислорода, которая контролирует скорость истощения кислорода и, следовательно, результирующую долю кислорода.
• глубина, которая имеет обычный эффект увеличения парциального давления пропорционально атмосферному давлению и доле кислорода.

• В ручном режиме Ребризеры с замкнутым контуром: дайвер может контролировать смесь и объем газов в контуре вручную, впрыскивая каждый из доступных газов в контур и выпуская из контура воздух. В петле часто есть предохранительный клапан, чтобы предотвратить травмы, вызванные избыточным давлением в петле.

Narked at 90 Ltd - Deep Pursuit Advanced электронный контроллер ребризера.

В некоторых ранних кислородных ребризерах дайверу приходилось использовать вручную и закройте клапан кислородного баллона, чтобы наполнять контрлегкое каждый раз, когда объем становится низким. В других случаях поток кислорода поддерживается постоянным с помощью редукционного клапана потока, такого как клапаны на цилиндрах паяльной лампы ; В комплекте также есть ручной клапан включения / выключения, называемый байпасом . В некоторых современных кислородных ребризерах давление в дыхательном мешке контролирует поток кислорода, как клапан потребности в акваланге с открытым контуром; например, попытка вдохнуть из пустого мешка заставляет баллон выделять больше газа.

Большинство современных электронных дыхательных аппаратов замкнутого цикла имеют электрогальванические кислородные датчики и бортовую электронику, которые контролируют парциальное давление кислорода, впрыскивая при необходимости больше кислорода или выдавая звуковые, визуальные и / или вибрационное предупреждение дайверу, если парциальное давление кислорода достигает опасно высокого или низкого уровня. Объем в контуре обычно регулируется с помощью регулируемого давления автоматического клапана дилуента, который работает по тому же принципу, что и требуемый клапан, для добавления разбавителя, когда вдох снижает давление в контуре во время спуска или если дайвер выводит газ из петли, выдыхая через нос.

Заданные значения

Заданные значения или заданные значения - это заводские настройки или программируемые пользователем значения желаемого парциального давления кислорода в контуре ребризера. Обратная связь фактического парциального давления кислорода, измеренного кислородными датчиками, сравнивается с заданными значениями, и если оно выходит за пределы верхнего и нижнего заданных значений, система управления активирует соленоидный клапан для добавления кислорода или газа-разбавителя. к контуру, чтобы скорректировать содержание кислорода до тех пор, пока оно не будет в пределах заданного значения. Обычно пользователь может отменить добавление газа путем ручного включения клапанов впрыска. Некоторые системы управления позволяют активировать переключение уставок по глубине, так что одна пара уставок может быть выбрана для основной части погружения, а другая, обычно более богатая, для ускоренной декомпрессии выше предельной глубины. Переключение происходит автоматически во время подъема.

Расчет смеси контуров

В ребризерах с замкнутым контуром газовая смесь дыхательного контура либо известна (кислород), либо контролируется и регулируется в установленных пределах дайвером или схемой управления, но В случае полузакрытых ребризеров, где газовая смесь зависит от настроек перед погружением и нагрузки во время погружения, необходимо рассчитать возможный диапазон состава газа во время погружения. Расчет зависит от количества добавляемого газа.

Парциальное давление кислорода в полузакрытом ребризере

Дайвер с постоянной рабочей нагрузкой в ​​аэробных условиях работы будет использовать приблизительно постоянное количество кислорода $VO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}$как доля минутного объема дыхания (RMV или $VE\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{E\}\}$). Это соотношение минутной вентиляции и поглощения кислорода представляет собой коэффициент экстракции $KE\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{E\}\}$, и обычно он находится в диапазоне от 17 до 25 с нормальным значением около 20 для здоровых людей. люди. Были измерены значения от 10 до 30. Вариации могут быть вызваны диетой дайвера и мертвымпространством дайвера и оборудования, повышенным уровнем углекислого газа или повышенным уровнем дыхания и толерантностью к углекислому газу.

$KE\; =\; VEVO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{E\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{V\_\; \{E\}\}\; \{V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\}\}$(≅20)

Следовательно, Объем газа в дыхательном контуре можно описать как постоянный, и добавление свежего газа уравновешивать сумму объема удаленного кислорода и объема из-за изменений глубины. (метаболический диоксид углерода, добавленный в смесь, удаляется скруббером и, следовательно, не влияет на уравнение)

Постоянный массовый расход

Постоянный массовый расход кислорода в системе постоянного массового расхода регулируется потоком скорость подачи газа через отверстие и потребление кислорода водолазом. В этом случае скорость выгрузки равна скорости подачи за вычет потребления кислорода.

Изменение доли кислорода $d\; FO\; 2\; loop\; \{\backslash \; displaystyle\; dF\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}$в дыхательном контуре можно описать следующим уравнением:

$петля\; V\; \ast \; d\; петля\; FO\; 2\; =\; (подача\; Q\; *\; подача\; FO\; 2\; -\; VO\; 2\; -\; (подача\; Q\; -\; VO\; 2)\; *\; петля\; FO\; 2)\; dt\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{loop\}\; *\; dF\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; =\; (Q\_\; \{feed\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\; -\; (Q\_\; \{feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\})\; dt\}$

Где:

$V\; loop\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{loop\}\}$= объем дыхательного контура

$Q\; feed\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\_\; \{feed\}\}$= расход свежего газа, потребляемого через отверстие

$подача\; FO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; подача\}\}$= доля кислорода в подаваемом газе

$VO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}$= расход кислорода, поглощаемый дайвером

Это приводит к дифференциальному уравнению:

$d\; FO\; 2\; loopdt\; =\; (Q\; подача\; \ast \; подача\; FO\; 2\; -\; VO\; 2\; (t)\; -\; (Q\; feed\; -\; VO\; 2)\; \ast \; FO\; 2\; loop\; (t))\; V-цикл\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{dF\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}\; \{dt\}\}\; =\; \{\backslash \; f\; rac\; \{(Q\_\; \{feed\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\; (t)\; -\; (Q\_\; \{feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; (t))\}\; \{V\_\; \{loop\}\; \}\}\}$

С решением:

$FO\; 2\; loop\; (t)\; =\; Q\; feed\; \ast \; FO\; 2\; feed\; -\; VO\; 2\; Q\; feed\; -\; VO\; 2\; +\; (FO\; 2\; loopstart\; -\; Q\; канал\; *\; FO\; 2\; канал\; -\; VO\; 2\; Q\; канал\; -\; VO\; 2)\; *\; e\; -\; Q\; канал\; -\; VO\; 2\; V\; цикл\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; (t)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{Q\_\; \{feed\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{Q\_\; \{feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\}\; +\; (F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; ^\; \{start\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{Q\_\; \{feed\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\})\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{Q\_\; \{feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\})\; *\; e\; ^\; \{-\; \{\backslash \; frac\; \{Q\_\; \{feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{\; V\_\; \{loop\}\}\}\; t\}\}$

Которая включает установившееся состояние и переходный период.

член установившегося состояния достаточно для международного расчетов:

доля кислорода в установившемся режиме в дыхательном контуре, $контур\; FO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}$, может быть вычислено по формуле:

$FO\; 2\; loop\; =\; (Q\; feed\; \ast \; FO\; 2\; feed\; -\; VO\; 2)\; (Q\; feed\; -\; VO\; 2)\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(Q\_\; \{feed\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\}\; \{(Q\_\; \{feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\}\}\}$

Где:

$Q\; feed\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\_\; \{feed\}\}$= Расход свежего газа, получаемого через сопло

$VO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}$= Расход кислорода, поглощаемый дайвером

$FO\; 2\; feed\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\}$= Доля кислорода в подаваемом газе

в согласованной системе единицы.

Индикация белизны Индикация живота, фиксированная скорость использования показывает анализ фракций кислорода для любой заданной глубины. В интересах безопасности диапазон может быть определен путем расчета доли кислорода для максимального и минимального потребления кислорода, а также ожидаемой скорости.

Пассивное добавление

(без компенсации по глубине, также известное как выпуск переменного объема (VVE))

Парциальное давление кислорода в системе пассивного добавления контролируется дыханием скорость дайвера. Подающий газ добавляется с помощью клапана, который эквивалентен функциональному клапану с открытым контуром, который открывается для подачи газа, когда дыхательный мешок пуст - подвижная верхняя пластина дыхательного мешка работает как диафрагма клапана по запросу и управляет открытием рычага. клапан при низком объеме дыхательного мешка. Объем может быть уменьшенным, потому что внутренний сильфон показал часть предыдущего вдоха в окружающей среде. Кислород, использованный дайвером, уменьшает объем газа в петле.

Изменение доли кислорода $d\; FO\; 2\; loop\; \{\backslash \; displaystyle\; dF\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}$в системе можно описать следующим уравнением:

$V\; петля\; \ast \; d\; FO\; 2\; петля\; =\; ((Q\; dump\; +\; VO\; 2)\; \ast \; FO\; 2\; feed\; -\; VO\; 2\; -\; Q\; dump\; \ast \; FO\; 2\; loop)\; dt\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{loop\}\; *\; dF\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; =\; ((Q\_\; \{dump\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\; -\; Q\_\; \{dump\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\})\; dt\}$

Где:

$V\; loop\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{loop\}\}$= объем дыхательного контура

$FO\; 2\; loop\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}$= доля кислорода в газовой смеси в дыхательном контуре

$Q\; dump\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\_\; \{dump\}\}$= потокрошенного газа

$VO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}$= скорость поглощения кислорода дайвером

$подача\; FO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; подача\}\}$= доля кислорода в исходном газе

Это приводит к дифференциальному уравнению:

$d\; FO\; 2\; loopdt\; =\; ((Q\; dump\; +\; VO\; 2)\; \ast \; FO\; 2\; feed\; (t)\; -\; VO\; 2\; -\; Q\; dump\; \ast \; FO\; 2\; lo\; op\; (t))\; V\; цикл\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{dF\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}\; \{dt\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{((Q\_\; \{dump\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; (t)\; -\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\; -\; Q\_\; \{dump\}\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; (t))\}\; \{V\_\; \{loop\}\}\}\}$

С решением:

$Контур\; FO\; 2\; (t)\; =\; (Q\; dump\; +\; VO\; 2)\; \ast \; FO\; 2\; подача\; -\; VO\; 2\; Q\; dump\; +\; (FO\; 2\; loopstart\; -\; (Q\; dump\; +\; VO\; 2)\; \ast \; FO\; 2\; подача\; -\; VO\; 2\; Q\; dump)\; \ast \; e\; -\; Q\; дамп\; V\; loop\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; (t)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(Q\_\; \{dump\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{Q\_\; \{\; dump\}\}\}\; +\; (F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; ^\; \{start\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{(Q\_\; \{dump\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{Q\_\; \{dump\}\}\})\; *\; e\; ^\; \{-\; \{\backslash \; frac\; \{Q\_\; \{dump\}\}\; \{V\_\; \{loop\}\}\}\; t\}\}$

Которая состоит из устойчивого состояния и переходного периода.

член стабильного состояния достаточно для международных расчетов:

$мешок\; FO\; 2\; (t)\; =\; (Q\; dump\; +\; VO\; 2)\; \ast \; FO\; 2\; feed\; -\; VO\; 2\; Q\; dump\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; bag\; \}\; (t)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(Q\_\; \{dump\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; *\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{Q\_\; \{dump\}\}\}\}$

Установившуюся долю кислорода в дыхательном контуре, $цикл\; FO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\}$, можно рассчитать по формуле:

$FO\; 2\; цикл\; =\; (Q\; dump\; +\; VO\; 2)\; FO\; 2\; feed\; -\; VO\; 2\; Q\; dump\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(Q\_\; \{dump\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\})\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{Q\_\; \{dump\}\}$

Где:

$Q\; dump\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\_\; \{dump\}\}$= Расход газа, выбрасываемого концентрическими сильфонами

$VO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}$= Расход кислорода, поглощенного водолазом

$FO\; 2\; feed\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\}$= Доля кислорода в подаваемом газе

в согласованной системе.

Сброшенный объем газа связан с истекшим минутным объемом и давлением окружающей среды, $P\; amb\; \{\backslash \; displaystyle\; P\_\; \{amb\}\}$:

$Q\; dump\; =\; P\; amb\; \ast \; K\; сильфона\; \ast \; VE\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\_\; \{\; dump\}\; =\; P\_\; \{amb\}\; *\; K\_\; \{сильфон\}\; *\; V\_\; \{E\}\}$

Где:

$K\; сильфон\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{сильфон\}\}$= коэффициент сильфона - коэффициент между объемом выдыхаемого воздуха в дыхательных легких и сброшенного.

$VE\; \{\backslash \; displaystyle\; V\_\; \{E\}\}$= дыхательный минутный объем.

Подстановкой:

$Q\; dump\; =\; P\; amb\; *\; K\; сильфон\; *\; KE\; *\; VO\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\_\; \{dump\}\; =\; P\_\; \{amb\}\; *\; K\_\; \{сильфон\}\; *\; K\_\; \{E\}\; *\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\; \}\}$

может быть установлен в устойчивое уравнение состояния для получения:

$петля\; FO\; 2\; =\; (P\; amb\; \ast \; K\; сильфон\; \ast \; KE\; \ast \; VO\; 2\; +\; VO\; 2)\; FO\; 2\; feed\; -\; VO\; 2\; P\; amb\; \ast \; K\; сильфон\; \ast \; KE\; *\; VO\; 2\; \{\backslash \; Displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(P\_\; \{amb\}\; *\; K\_\; \{мехов\}\; *\; K\_\; \{E\}\; *\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\; +\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\; \})\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\; \{P\_\; \{amb\}\; *\; K\_\; \{bellows\}\; *\; K\_\; \{E\}\; *\; V\_\; \{O\_\; \{2\}\}\}\}\}$

Что упрощает до:

$FO\; 2\; петля\; =\; (P\; amb\; \ast \; K\; сильфона\; \ast \; KE\; +\; 1)\; FO\; 2\; подачи\; -\; 1\; P\; amb\; \ast \; K\; сильфона\; \ast \; KE\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; loop\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(P\_\; \{amb\}\; *\; K\_\; \{сильфон\}\; *\; K\_\; \{E\}\; +1)\; F\_\; \{O\_\; \{2\}\; feed\}\; -1\}\; \{P\_\; \{amb\}\; *\; K\_\; \{сильфон\}\; *\; K\_\; \{E\}\}\}\}$

В данном в контуре потребления кислорода и, вероятно, останется в пределах довольно жестких допусков расчетного значения для дан ной глубины.

Кислородная фракция газа в контуре будет больше приближаться к исходному газу на большей глубине.

Приведенный выше вывод не принимает во внимание температуру между содержимым легких при 37 ° C и дыхательным контуром, обычно более низкую температуру. RMV указывается в литрах в минуту при температуре воздуха окружающей среды, потреблении кислорода в стандартных минутах (STP) и общем объеме легких и дыхательного контура в фактических литрах. Это можно исправить, используя общее уравнение состояния газа, чтобы получить значения для этих чисел при температуре газа в контуре. Влияние температурных поправок обычно представляет собой немного меньшее значение для доли кислорода в газовой контуре.

Максимальная рабочая глубина

MOD для замкнутого контура с ребризером смешанного газа обычно основывается на MOD разбавителя, так как это самая обедненная смесь, которую можно вызвать. После промывки переключателя разбавителя газ должен быть пригодным для дыхания, и это ограничивает МОД, но можно использовать более одного варианта разбавителя и газ на более глубоком секторе погружения и на нормоксическую смесь для более мелкие сектора.

Расчет MOD для SCR обычно основывается на MOD для запаса газа полной концентрации, так как его можно использовать для аварийного выхода на запланированную глубину погружения, и это оценка наихудшего случая для токс петли. газ. Расчеты MOD также могут быть выполнены для петлевого газа в соответствии с расчетами, но это может изменяться, и это не всегда точно предсказуемо. Расчетные значения петлевого газа для пассивных систем добавить быть использованы для расчета рабочего режима MOD и подача газа для аварийного MOD с относительно более стабильной доли петли в пассивных добавленных добавок, однако газа в петле может быть к полной силе, если дайвер работает жесткий и вентиляция увеличивается сверх линейной степени вытяжки.

Спасательная операция

Дайвер с ребризером с аварийным выходом и баллонами декомпрессии

Пока дайвер находится под водой, ребризер может выйти из строя и не сможет обеспечить безопасную дыхательную смесь на время подъема на поверхность. В этом случае дайверу нужен альтернативный источник дыхания: аварийный газ .

. Хотя некоторые дайверы с ребризерами, которых называют «альпинистами », не занимаются спасением, стратегия спасения является частью планирования погружений, особенно для длительных и более глубоких погружений в техническом дайвинге. Часто планируемое погружение ограничивается мощностью аварийного выхода, не мощностью ребризера.

Возможны несколько типов аварийной остановки:

• открытый клапан, подключенный к баллону дилуента ребризера. Несмотря на то, что этот вариант имеет преимущества, заключающиеся в том, что он постоянно установлен на ребризере и не тяжелый, количество газа, удерживаемого ребризером, невелико, поэтому предлагаемая защита невысока.
• Требуемый клапан разомкнутого цикла, подключенный к ребризеру кислородный баллон. Его можно безопасно использовать только на глубине 6 метров (20 футов) или меньше из-за риска отравления кислородом.
• Независимая система с открытым контуром. Дополнительные баллоны тяжелые и громоздкие, но баллоны большего размера позволяют дайверу нести больше газа, более защиту при всплытии при глубоких и длительных погружениях. Смесь дыхательного газа должна быть тщательно подобрана для обеспечения безопасности на всех глубинах всплытия, в случае наступления более одного набора.
• Независимая система ребризера.

аварийный клапан (BOV)

Аварийный клапан - это регулирующий клапан открытого контура, установленный на мундштуке ребризера с ручным механизмом переключения из замкнутого контура в разомкнутый. Положение, выбирающее требуемый клапан открытого контура, может заменить закрытое состояние клапана погружения с поверхности (DSV), так как дыхательный контур эффективно герметичен при аварийном отключении. Аварийный клапан позволяет дайверу переключаться с замкнутой цепи на разомкнутую без необходимости менять мундштуки. Это может сэкономить время в чрезвычайной ситуации, так как аварийный клапан доступен для немедленного использования. Это может быть важно в ситуации тяжелой острой гиперкапнии, когда дайвер физически не может задерживать дыхание на время, достаточное для смены мундштука. Подача газа в BOV часто осуществляется из бортового баллона дилуента, но можно организовать подачу газа за борт с помощью быстроразъемных соединений.

Безопасность

Общий принцип безопасность во время погружений, что дайвер должен быть в состоянии справиться с любым мгновенно опасным для жизни отказом оборудования без посторонней помощи, трюмы для погружений с ребризером.

Если восстановление после отказа оставляет дайвера в затруднительном положении, Режим единой точки с высоким риском отказа, которым дайвер больше не может управлять, погружение должно быть прекращено.

Ребризеры изначально имеют более высокий риск механического отказа из-за их структурной и функциональной сложности, но его можно уменьшить благодаря хорошей конструкции, обеспечивающей резервирование критически важных элементов, и наличию достаточного количества альтернативных источников дыхательного газа для аварийной остановки, включая любую необходимую декомпрессию в случае отказа. Конструкции, сводящие к минимуму риск ошибок интерфейса человек-машина, и соответствующее обучение процедурам, имеющим отношение к этой области, могут помочь снизить уровень смертности.

Некоторые ребризеры Проблемы безопасности дайвинга можно решить путем обучения, другие потребовать изменения культуры технического дайвера. Основная проблема безопасности заключается в том, что многие из них становятся самодовольными по мере того, как они лучше знакомятся с оборудованием, и начинают пренебрегать контрольными списками перед погружением при сборке и подготовке оборудования к использованию - процедуры, которые официально являются частью всех программ обучения ребризеру. Также может быть тенденция пренебрегать обслуживанием после погружения, и некоторые дайверы будут нырять, что с ними есть функциональные проблемы, потому что они знают, что в системе обычно используются избыточность. Оно предназначено для безопасного завершения погружения, устранение критической точки отказа. Устройство, которое уже имеет отказ, может вызвать опасную для жизни аварию, если другой элемент на критическом пути выйдет из строя. Риск может возрасти на порядки.

Опасности

Помимо риска других расстройств дайвинга, подвержены дайверы с открытой схемой, дайверы с ребризером также больше подвержены опасностям, которые связаны с эффективностью и надежностью общей и соответствующей конструкции и конструкции ребризера, не обязательно с принципами повторного дыхания:

• Внезапное отключение электроэнергии из-за гипоксии, вызванной слишком низким парциальным давлением кислорода в контуре. Особой проблемой является атмосферное давление, вызванное фазой всплытия во время погружения, что может снизить парциальное давление кислорода до атмосферного уровня, что может привести к тому, что иногда называют глубоководнымнением.
• Судороги из-за кислородное отравление, вызванное слишком высоким парциальным давлением кислорода в контуре. Это может быть вызвано повышением атмосферного давления, вызванным фазой спуска во время погружения, в результате чего парциальное давление кислорода поднимается до гипероксического уровня. В полностью замкнутом оборудовании стареющие кислородные датчики могут стать «ограниченными по току» и не достичь высокого парциального давления кислорода, что приведет к опасно высоким уровням кислорода.
• Дезориентация, паника, головная боль и гипервентиляция из-за избытка углекислого газа, вызванного неправильной конфигурацией, отказом или неэффективностью скруббера. В скруббер должен быть настроен так, чтобы выдыхаемый газ не мог пройти мимо него; он должен быть правильно упакован и запечатан, и он имеет ограниченную способность поглощать углекислый газ. Другая проблема заключается в том, что водолаз производит углекислый газ быстрее, чем может справиться абсорбент; например, во время тяжелой работы, быстрого плавания или интенсивной работы по дыханию, вызванной чрезмерной глубиной конфигурации петли и сочетания газовой смеси. Чтобы решить эту проблему, нужно уменьшить усилия и абсенту наверстать упущенное. Эффективность скруббера может быть снижена на глубине, где выйдет на дальнюю сторону абсорбирующей стопки. Низкие температуры в скруббере также замедляют скорость.
• Дайвер с ребризером должен постоянно работать и выдыхать, чтобы выдыхаемый газ проходил через абсорбент диоксида углерода, чтобы абсорбент мог работать все время. время. Дайы должны отказаться от любых привычек к экономии воздуха, которые могут быть использованы во время погружений с аквалангом открытого цикла. В ребризерах с замкнутым контуром это преимущество, что смешивание позволяет давать образование богатым кислородом и бедным кислородом пространств внутри контура, что может давать неточные материалы для системы контроля кислорода.
• «Едкий коктейль» в контур, если вода контактирует с натровой известью, используемой в скруббере двуокиси углерода. Дайвера обычно предупреждают об этом по привкусу мела во рту. Безопасный ответ - выпрыгнуть на «разомкнутую цепь» и прополоскать рот.
• Медленное включение химического вещества, поглощающего диоксид углерода, при низких температурах. Это особая проблема химического ребризера Chemox, которому требуется влажность дыхания для активации супероксида калия и абсорбции диоксида углерода. хлоратная свеча, которая производит достаточно кислорода, чтобы дыхание пользователя могло активировать систему.

Внутренние ограничения типов ребризеров

Каждый тип ребризера имеет ограничения безопасности рабочий диапазон, а также особые опасности, связанные с методом работы, которые влияют на рабочий диапазон и рабочие процедуры.

Кислородный ребризер

Кислородный ребризер прост и надежен благодаря своей простоте. Газовая смесь известна и надежна при условии, что контур надлежащим образом промывается в начале погружения и используется правильный газ. Мало что может пойти не так с функцией, кроме затопления, утечки и истощения газа, которые очевидны для пользователя, и нет риска декомпрессионной болезни, поэтому аварийный подъем на поверхность всегда возможен. в открытой воде. Критическим ограничением кислородного ребризера является очень небольшая глубина из-за соображений токсичности кислорода.

SCR активного добавления

SCR активного добавления различаются по сложности, но все они обычно с верхним пределом его пропускной способности. Следовательно, если система добавления газа выходит из строя, объем газа в контуре, как правило, остается достаточным, чтобы не предупреждать дайвера о том, что кислород истощается, и риск гипоксии относительно высок.

SCR постоянного массового расхода

Аквалан с ребризером полузамкнутого контура Draeger Dolphin с постоянным массовым расходом

Добавление постоянного массового расхода контуром добавленным газом, не зависит от глубины и метаболического потребления кислорода. Если не принимать во внимание добавку для увеличения размера, службы устройства в основном фиксируется для комбинации отверстия и подачи газа. Однако парциальное давление кислорода будет изменяться в зависимости от гибких требований, и это обычно предсказуемо только в определенных пределах. Неопределенный состав газа означает, что оценки наихудшего случая обычно делаются как для максимальной рабочей глубины, так и для соображений декомпрессии. Если газ не контролируется в реальном времени, декомпрессионным компьютером кислородным датчиком, эти ребризеры имеют меньший безопасный диапазон глубины, чем открытый контур на том же газе, и являются недостатком для декомпрессии.

Особая опасность системы измерения газа заключается в том, что отверстие частично или полностью заблокировано, газ в контуре будет лишен кислород, и дайвер не будет знать об этой проблеме. Это может привести к гипоксии и потере сознания без предупреждения. Это можно смягчить, отслеживая парциальное давление в режиме реального времени с помощью кислородного датчика, но это увеличивает сложность и стоимость оборудования.

SCR с регулируемым потреблением

Принцип действия заключается в добавлении массы кислорода, пропорциональной объему вентиляции. Добавление свежего газа осуществляется путем регулирования давления в дозирующей размер, пропорционального объему сильфона противолегкого. Дозировочная камера заполняется свежим газом до давления, пропорционального объему сильфона, с самым высоким давлением, когда сильфон находится в пустом положении. Когда сильфон заполняется во время выдоха, газ выходит из дозирующей камеры в дыхательный контур, пропорциональный объему сильфона во время выдоха, и полностью выпускается, когда сильфон заполнен. Избыточный газ сбрасывается в среду через предохранительный клапан после заполнения сильфона.

Нет зависимости дозировки от глубины или поглощения кислорода. Соотношение дозировок остается постоянным после выбора газа, оставшиеся вариациями кислорода связаны с вариациями степени экстракции. Эта система обеспечивает стабильную долю кислорода, которая является разумным приближением разомкнутого контура для декомпрессии и максимальной рабочей глубины.

Если подача газа в механизм дозирования прекратится без предупреждения, подача газа прекратится, и дайвер будет использовать кислород в петлевом газе до тех пор, пока он не станет гипоксическим и дайвер не потеряет сознание. Чтобы предотвратить это, необходимая система, которая предупреждает это дайвера о сбое питательного газа, поэтому дайвер должен предпринять соответствующие действия. Это можно сделать чисто механическими методами.

Пассивное добавление SCR

Пассивное добавление основано на вдохе дайвера для запуска добавления газа, когда объем газа в дыхательном контуре низком уровне. Эта дополнительная система обработки данных, используемая в системе повышения давления газа для дыхания, используется для увеличения объема газа для дыхания. Обычно это дает адекватное предупреждение, прежде чем гипоксия станет вероятной.

PASCR без компенсации по глубине

Удлинение газа для пассивного добавочного SCR без компенсации по глубине прямо пропорционально использованию сильфонов - пропорции газа, которая выпускается во время каждого цикла дыхания. Небольшое соотношение означает, что количество газа, которое вводится в каждом цикле, невелико, и газ повторно вдыхается больше, но это также означает, что больше кислорода удаляется из газовой смеси контура, на малых глубинах дефицит кислорода по сравнению с подаваемым газом. вниманию большая. Большое соотношение сильфонов играет большую часть дыхания в качестве свежего газа, и это удерживает газовую смесь ближе к составу требуемого на небольшой глубине, но использует газ быстрее.

Механизм прост и надежен механически и нечувствителен к засорению мелкими частями. Вероятность утечки выше, чем у блока, который будет использовать газ быстрее, но не поставит под угрозу безопасность газовой смеси. Доля кислорода в петлевом газе значительно меньше, чем в подаваемом газе на мелководье, и лишь немного меньше на больших глубинах, поэтому допустимый диапазон глубин для данного потребляемого газа меньше, чем для открытого контура, а изменение содержания кислорода составляет также невыгоден для декомпрессии. Переключение газа может компенсировать это ограничение за счет сложности конструкции и эксплуатации. Возможность переключения на разомкнутый контур на небольшой глубине - это опция, которая может компенсировать сокращение кислорода на этой глубине за счет сложности эксплуатации и значительного увеличения газа при открытой контуре. Это можно считать незначительной проблемой, если учесть требование аварийного газа. Дайвер все равно будет нести газ, и его использование для декомпрессии в конце погружения увеличивает объем, необходимое для планирования погружения.

Доля кислорода в контуре критически зависит от точного предположения о степени экстракции. При неправильном выборе доля кислорода может значительно отличаться от расчетного значения. В легко доступных справочниках имеется очень мало информации об изменении степени извлечения.

PASCR с компенсацией глубины

Увеличение объема газа для пассивного дополнительного ребризера с компенсацией будет использоватьо статистическому использованию. Объем газа, сбрасываемого системой, для данной представляет собой фиксированную часть объема, используемого дышит дайвер, как в случае системы без компенсации глубины. Однако это соотношение изменяется пропорционально атмосферному давлению - коэффициент сильфона наибольшего на поверхности и уменьшается с глубиной. Эффект заключается в том, что количество газа, имеющего достаточно постоянную массовую пропорцию к потреблению кислорода, должно быть выпущено, и такое же количество, в среднем, подается клапаном для добавления, чтобы восполнить объем контура в установившемся состоянии. Это очень на SCR с регулируемой потребностью в действующей системе измерения кислорода в петлевом газе, которая остается почти на всех глубинах, где компенсация является линейной, и для аэробных уровней нагрузки. Ограничения этой системы, по-видимому, в основном связаны с механической сложностью, размером и массой оборудования. Линейная компенсация ограничена эффективными соображениями, и ниже улучшенная компенсация будет менее эффективной и, в конечном итоге, расширяется. Однако на этих объемах кислорода уже небольшие. Немного более сильного воздействия в этом случае немного к значению воздействия газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией может подавать почти идентичный газовый контур в большом диапазоне глубин с небольшим и почти долей кислорода в дыхательном газе, устраняет ограничение некомпенсированной системы за счет сложности.

CCR на смеси газов

Крупный план дайвера, использующего ребризер с электронным управлением Inspiration с закрытым контуром Дайвер, использующий ребризер Inspiration на месте крушения М.В. Оротава Дайвер, использующий ребризер Inspiration

Ребризер замкнутого контура смешанного газа может обеспечить оптимальную газовую смесь для любой заданной глубины и продолжительности, и делает это с большой эффективностью использования газа до тех пор, пока он не выйдет из строя, и есть несколько способов, которые он может из строя. Многие из режимов отказа могут быть идентифицированы отказом от использования датчиков и сигналов тревоги, несколько вариантов отказа могут снизить газовую смесь до одной, непригодной для поддержания жизни. Этой проблемой можно управлять, отслеживая состояние системы и надлежащим образом, когда оно отклоняется от заданного состояния. Состав петлевого газа по своей природе нестабилен, поэтому требуется система управления с обратной связью. Парциальное давление кислорода, которое должно быть контролируемой характеристикой, должно быть передано в системе управления для корректирующих действий. Система управления может быть водолазной или электронной схемой. Измерительные датчики подвержены выходу из строя по разным причинам, поэтому требуется более одного, так что, если один из них выходит из строя без предупреждения, дайвер может использовать другой (ие) для контролируемого погружения.

CCR с ручным управлением

CCR с ручным управлением зависит от внимания, знаний и навыков дайвера для поддержания желаемого состава газовой смеси. Он основан на основе химических датчиков и приборов электронного мониторинга, позволяющих принимать необходимые решения и правильных действий по контролю за газовой смесью. Дайвер должен постоянно знать о состоянии системы, увеличивает нагрузку на задание, но вместе с опытом показывает, показывает и поддерживает функции удержания в запланированных и хорошо включает для выполнения незначительных задач. неудачи. Дайвер осознает необходимость постоянно проверять состояние снаряжения, чтобы оставаться в живых.

CCR с электронным управлением

Ребризер с замкнутым контуром с электронным управлением использует электронную схему для определения состояния газа в контуре в реальном времени и для внесения регулировок, чтобы удерживать его в узких пределах. Обычно эта функция очень эффективна, пока что-то не пойдет не так. Если что-то пойдет не так, система должна уведомить дайвера о неисправности, чтобы можно было предпринять соответствующие действия. Могут произойти две критические неисправности, которые дайвер не заметит.

• Опасно низкое парциальное давление кислорода (гипоксия) не будет замечено дайвером, но если есть работающие кислородные датчики, они обычно это уловят.
• Опасно высокое парциальное давление кислорода более вероятно следует упускать из виду, поскольку датчики могут по-прежнему работать для концентраций, но давать неточные результаты для высоких парциальных давлений.

Коварная проблема с отказом датчика кислорода, когда датчик показывает низкое парциальное давление кислорода, которое на самом деле происходит не низкое, а неисправность датчика. Это может вызвать гипероксический газ, который может вызвать судороги. Чтобы избежать этого, в блоках ECCCR устанавливаются несколько датчиков, чтобы в одной ячейке не имелось фатальных последствий. Три или четыре ячейки используются для систем, использующих логику голосования.

Цепь управления может выходить из строя сложным образом.. Отказ, который не предупреждает пользователя о правильной проблеме, может иметь фатальные последствия.

Системы аварийной сигнализации ECCCR могут включать мигающие дисплеи на телефонных трубках, мигающие светодиоды на проекционных дисплеях, звуковые и вибрационные сигналы.

Режим отказа

Некоторые режимы отказа являются общими для других типов устройств для дайвинга, а могут возникнуть только тогда, когда в дыхательном аппарате используется определенная технология.

Неисправность скруббера

Термин «прорыв» означает неспособность скруббера продолжить удаление диоксида углерода из выдыхаемой газовой смеси. Есть несколько причин, по которым скруббер может выйти из строя или стать менее эффективным:

• Расход активного ингредиента («прорыв»). Когда остается недостаточно активного ингредиента для удаления диоксида углерода с той же скоростью, с которой он образуется при прохождении газа через скруббер, концентрация в контуре начинает нарастать. Это происходит, когда фронт реакции достигает дальнего конца абсорбента. Это произойдет в любом скруббере, если он используется слишком долго.
• Канистра скруббера была неправильно упакована или сконфигурирована, что позволяет выдыхаемому газу обходить абсорбент.
  • Абсорбент должен быть плотно упакован, чтобы весь выдыхаемый газ вступал в тесный контакт с гранулами, а петля предназначена для исключения любых промежутков или зазоров между абсорбентом и стенками канистры, которые могли бы позволить газу обходной контакт с абсорбент. Если абсорбент упакован неплотно, он может осесть, и в некоторых случаях это может привести к образованию воздушного пути через абсорбент или вокруг него, известного как «туннелирование».
  • Если какое-либо из уплотнений, например Уплотнительные кольца или прокладки, препятствующие обходу скруббера, не очищены, не смазаны или не установлены должным образом, газ может пройти мимо скруббера или вода может попасть в контур. Некоторые ребризеры могут быть собраны без всех компонентов, необходимых для обеспечения прохождения дыхательного газа через скруббер, или без абсорбента, и без возможности визуального контроля после сборки.
• Когда газовая смесь находится под давлением, вызванным глубиной, более близкая близость составляющих молекул уменьшает свободу движений молекул углекислого газа, чтобы достичь абсорбента. Из-за этого эффекта при более глубоких погружениях скруббер должен быть больше, чем требуется для мелководного или промышленного кислородного ребризера.
• Едкий коктейль - натронная известь едкая и может вызвать ожоги глаз и кожи. Едкий коктейль - это смесь воды и содовой извести, которая образуется при затоплении скруббера. От него появляется меловой привкус, который должен побудить дайвера переключиться на альтернативный источник дыхательного газа и прополоскать рот водой. Многие современные абсорбенты для водолазных дыхательных аппаратов разработаны таким образом, чтобы не образовывать «коктейлей», если они намокнут.
• при работе с отрицательной температурой (в основном, альпинизм) химические вещества мокрого скруббера могут замерзнуть при замене баллонов с кислородом, что предотвращает образование углекислого газа от попадания в скруббер.

Последствия

Невозможность удалить диоксид углерода из дыхательного газа приводит к накоплению диоксида углерода, что приводит к гиперкапнии. Это может происходить постепенно, в течение нескольких минут, с достаточным предупреждением для дайвера, чтобы выскочить, или может происходить за секунды, часто связанные с внезапным увеличением глубины, которое пропорционально увеличивает парциальное давление углекислого газа, и когда это происходит, наступление Симптомы могут быть настолько внезапными и сильными, что дайвер не может достаточно контролировать свое дыхание, чтобы закрыть и удалить DSV и заменить его на аварийный регулятор. Эту проблему можно смягчить, используя аварийный клапан, встроенный в мундштук ребризера, который позволяет переключаться между контуром и разомкнутым контуром, не вынимая мундштук.

Профилактика

• Индикация красителя в содовой извести. Он меняет цвет натронной извести после употребления активного ингредиента. Например, абсорбент ребризера под названием «Protosorb», поставляемый Siebe Gorman, имел красный краситель, который, как сообщалось, становился белым, когда абсорбент был исчерпан. Краситель, указывающий на цвет, был исключен из использования флотом ВМС США в 1996 году, когда возникло подозрение в попадании химикатов в контур. С помощью прозрачной канистры это может показать положение фронта реакции. Это полезно в сухих открытых условиях, но бесполезно для водолазного снаряжения, где:
  • Прозрачная канистра может быть хрупкой и легко расколется от ударов.
  • Открытие канистры, чтобы заглянуть внутрь, может Залейте его водой или впустите внутрь непроницаемый для дыхания газ.
  • Канистра обычно находится вне поля зрения пользователя, например внутри дыхательного мешка или в рюкзаке.
• Контроль температуры. Поскольку реакция между диоксидом углерода и натронной известью является экзотермической, датчики температуры по длине скруббера могут использоваться для измерения положения фронта реакции и, следовательно, срока службы скруббера.
• Проверка срока службы скруббера. ограничения изготовителя и / или сертификационного органа, а также установленные пределы продолжительности действия для рекомендованных абсорбентов. Эти ограничения будут консервативными для большинства дайверов, исходя из разумно предсказуемого уровня нагрузки.
• Обучение дайверов. Дайверы обучены контролировать и планировать время воздействия содовой извести в скруббере и заменять ее в течение рекомендованного периода времени. В настоящее время не существует эффективной технологии для определения окончания срока службы скруббера или опасного увеличения концентрации диоксида углерода, вызывающего отравление диоксидом углерода. Дайвер должен следить за воздействием скруббера и при необходимости заменять его.
• Проверки перед погружением. «Предварительное дыхание» устройства перед погружением должно выполняться достаточно долго, чтобы убедиться, что скруббер удаляет углекислый газ и чтобы его концентрация не повышалась непрерывно. Этот тест основан на чувствительности дайвера к обнаружению повышенной концентрации углекислого газа.
• Существуют датчики углекислого газа, такие системы бесполезны в качестве инструмента для контроля срока службы скруббера под водой, когда начинается его разрушение. сквозной происходит довольно быстро. Такие системы следует использовать в качестве важных защитных устройств, чтобы предупредить дайверов о необходимости немедленно покинуть петлю.
• Скрубберы могут быть спроектированы и изготовлены так, чтобы весь фронт реакции не достигал конца канистры за один раз, но постепенно, так что увеличение концентрации углекислого газа будет постепенным, и дайвер получит некоторое предупреждение и сможет спастись до того, как последствия станут слишком серьезными.

Смягчение

Прорыв в скруббере приводит к токсичности углекислого газа (гиперкарбия), которая обычно вызывает симптомы сильного, даже отчаянного позыва к дыханию. Если дайвер не перейдет к дыхательному газу с низким содержанием углекислого газа достаточно быстро, желание дышать может помешать снятию мундштука даже на короткое время, необходимое для переключения. Аварийный клапан, встроенный в клапан для погружения / на поверхности или подключенный к полнолицевой маске, снижает эту трудность.

Подходящей процедурой для прорыва или другого отказа скруббера является экстренная помощь, поскольку нет ничего, что можно было бы сделать для решения проблемы под водой.

Сбой мониторинга кислорода

Мониторинг частичного давления кислорода в дыхательном контуре обычно осуществляется с помощью электрохимических ячеек, которые чувствительны к воде на ячейке и в электрической цепи. Они также подвержены постепенному выходу из строя из-за использования реактивных материалов и могут потерять чувствительность в холодных условиях. Любой из режимов отказа может привести к неточным показаниям без очевидного предупреждения. Элементы следует испытывать при максимально возможном парциальном давлении кислорода и заменять после периода использования и срока хранения, рекомендованного производителем.

Предотвращение

Несколько датчиков кислорода с независимой схемой снижают риск потери информации о парциальном давлении кислорода. CCR с электронным управлением обычно использует минимум три кислородных монитора, чтобы гарантировать, что в случае отказа одного из них он сможет идентифицировать отказавший элемент с разумной надежностью.

Использование ячеек датчика кислорода разного возраста снижает риск одновременного отказа всех датчиков.

Смягчение

Если мониторинг кислорода не удается, дайвер не может быть уверен, что содержимое ребризера CCR со смешанным газом сохранит сознание. Катапультирование - единственный безопасный вариант.

Мониторинг кислорода, как правило, являетсядополнительной функцией SCR, но может быть частью расчетов декомпрессии в реальном времени. Соответствующие действия будут зависеть от обстоятельств, но это не является непосредственной угрозой для жизни.

Управление отказом ячейки в электронной системе управления ребризером

Если используется более одной статистически независимой ячейки кислородного датчика, маловероятно, что одновременно откажется более одной ячейки. Если предположить, что только одна ячейка выйдет из строя, то сравнение трех или более выходов, которые были откалиброваны в двух точках, вероятно, выберет ячейку, которая вышла из строя, если предположить, что любые две ячейки, которые производят одинаковый выход, являются правильными, а та, выдает другой выход неисправен. Это предположение обычно верно на практике, особенно если есть некоторые различия в истории задействованных клеток. Концепция сравнения выходных данных трех ячеек в одном месте в контуре и управления газовой смесью на основе среднего выхода двух ячеек с наиболее похожим выходом в любой момент времени известна как логика голосования и является более надежной, чем управление. на основе одной ячейки. Если выход третьей ячейки существенно отличается от выхода двух других, аварийный сигнал указывает на возможную неисправность ячейки. Если это происходит до погружения, ребризер считается небезопасным и его не следует использовать. Если это происходит во время погружения, это указывает на ненадежную систему управления, и погружение следует прервать. Продолжение погружения с использованием ребризера при отказе сигнализации ячейки значительно увеличивает риск фатального отказа системы управления контура. Эта система не совсем надежна. Сообщалось по крайней мере об одном случае, когда две ячейки вышли из строя одинаково, и система управления выбрала оставшуюся исправную ячейку.

Если вероятность отказа каждой ячейки была статистически независимой от других, и каждая ячейка была Достаточно для обеспечения безопасной работы ребризера, использование трех полностью резервированных ячеек параллельно снизит риск отказа на пять или шесть порядков.

Логика голосования это значительно меняет. Большинство ячеек не должны выходить из строя для безопасной работы устройства. Чтобы решить, правильно ли работает ячейка, ее необходимо сравнить с ожидаемым результатом. Это делается путем сравнения с выходными данными других ячеек. В случае двух ячеек, если выходы различаются, то, по крайней мере, одна должна быть неправильной, но неизвестно, какая из них. В таком случае дайвер должен предположить, что устройство небезопасно, и выйти из строя, чтобы разомкнуть цепь. В случае трех ячеек, если все они различаются в пределах допустимого отклонения, все они могут считаться функциональными. Если два различаются в пределах допуска, а третий - нет, два в пределах допуска могут считаться исправными, а третий - неисправным. Если ни один из них не находится в пределах допустимого отклонения друг от друга, все они могут быть неисправными, а если один - нет, нет способа его идентифицировать.

Используя эту логику, повышение надежности достигается за счет использования логики голосования, где По крайней мере, два датчика должны работать, чтобы система функционировала, что значительно меньше по сравнению с версией с полным резервированием. Улучшения возможны только на один-два порядка. Это было бы значительным улучшением по сравнению с одиночным датчиком, но приведенный выше анализ предполагает статистическую независимость отказа датчиков, что обычно нереально.

Факторы, которые делают выходы ячеек в ребризере статистически зависимыми, включают:

• Общий калибровочный газ - все они калибруются вместе во время проверки перед погружением с использованием одного и того же разбавителя и подачи кислорода.
• Датчики часто бывают из одной производственной партии - Компоненты, материалы и процессы могут быть очень похожи.
• Датчики часто устанавливаются вместе и с тех пор подвергались воздействию одного и того же P O2температурного профиля в течение последующего времени.
• Обычная рабочая среда, особенно в отношении температуры и относительной влажности, так как они обычно устанавливаются в непосредственной близости от контура, чтобы гарантировать, что они измеряют аналогичный газ.
• Стандартные системы измерения
• Обычное микропрограммное обеспечение для обработки сигналов

Это статистическое зависимость может быть минимизация и смягчение за счет:

• использования датчиков от разных производителей или партий, чтобы не было двух из одной партии;
• замены датчиков в разное время, чтобы у каждого была разная история
• Обеспечение правильности калибровочных газов
• Добавление статистически независимой измерительной системы P O2в контур в другом месте, с использованием датчика другой модели и использования другой электроники и программного обеспечения для обработки сигнала.
• Калибровка этого датчика с использованием источника газа, отличного от других

Альтернативный метод обеспечения избыточности в системе управления - периодическая повторная калибровка датчиков во время погружения, подвергая их потоку разбавителя или кислорода, либо обоих в разное время и используя выходные данные, чтобы проверить, правильно ли реагирует ячейка на известный газ на известной глубине. Дополнительным преимуществом этого метода является возможность калибровки при более высоком парциальном давлении кислорода, чем 1 бар. Эта процедура может выполняться автоматически, если система была разработана для этого, или дайвер может вручную выполнить промывку разбавителем на любой глубине, на которой разбавитель пригоден для дыхания, чтобы сравнить показания ячейки P O2с известным значением F <418.>и абсолютное давление для проверки отображаемых значений. Этот тест не только проверяет ячейку. Если датчик не отображает ожидаемое значение, возможно, неисправен датчик кислорода, датчик давления (глубины) или газовая смесь F O2, или любая их комбинация. Поскольку все три из этих возможных неисправностей могут быть опасными для жизни, испытание весьма действенное.

Неисправность цепи управления впрыском газа

Если цепь управления впрыском кислорода выходит из строя, обычный режим отказа приводит к закрытию клапанов подачи кислорода. Если не принять меры, дыхательный газ станет гипоксическим с потенциально фатальными последствиями. Альтернативным режимом отказа является тот, при котором клапаны впрыска остаются открытыми, что приводит к увеличению гипероксичной газовой смеси в контуре, что может представлять опасность кислородного отравления.

Профилактика

Два основных подходы возможны. Можно использовать либо резервную независимую систему управления, либо допустить риск отказа одной системы, и дайвер берет на себя ответственность за ручной контроль газовой смеси в случае отказа.

Смягчение

Большинство (возможно, все) CCR с электронным управлением имеют ручное управление впрыском. Если электронный впрыск выходит из строя, пользователь может вручную контролировать газовую смесь при условии, что контроль кислорода все еще надежно функционирует. Обычно предусмотрена сигнализация, чтобы предупредить дайвера о неисправности.

Затопление контура

Сопротивление дыханию контура может более чем утроиться, если материал скруббера затоплен. Поглощение диоксида углерода скруббером требует определенного количества влаги для реакции, но избыток ухудшит абсорбцию и может привести к ускоренному проскоку.

Предотвращение

Предварительная проверка на утечки и тщательная сборка - ключ к предотвращению утечек через соединения и обнаружению повреждений. Для этого наиболее важен тест на отрицательное давление. Этот тест требует, чтобы дыхательный контур поддерживал давление немного ниже окружающего в течение нескольких минут, чтобы указать, что уплотнения предотвратят утечку в контур.

Будьте осторожны при использовании клапана погружения / поверхности, чтобы предотвратить затопление через загубник. Этот клапан всегда должен быть закрыт, когда мундштук находится вне рта под водой.

Смягчение последствий

Дайвер обычно узнает о наводнении по повышенному сопротивлению дыханию, шуму воды или накоплению углекислого газа, а иногда и по потере плавучести. каустический коктейль обычно является признаком довольно обширного затопления и возможен только