Индивидуальний дыхательный аппарат

Ребри́зер (от англ. re — приставка, обозначающая повторение к.л. действия, и англ. breath — дыхание, вдох) — дыхательный аппарат, в котором углекислый газ, выделяющийся в процессе дыхания, поглощается химическим составом (химпоглотителем), обогащается кислородом и подаётся на вдох. Русское название ребризера — Изолирующий дыхательный аппарат, (ИДА). Тот же самый принцип используется в аппаратах типа «кислородный изолирующий противогаз» (КИП), данные аппараты использовались в государственной противопожарной службе МВД.^[1]

Ребризеры замкнутого цикла

Кислородный ребризер замкнутого типа

Это родоначальник ребризеров вообще. Первый такой аппарат был создан и применен британским изобретателем Генри Флюссом в середине XIX века при работе в затопленной шахте. Кислородный ребризер замкнутого цикла имеет все основные детали, характерные для ребризера любого типа: дыхательный мешок, канистра с химпоглотителем, дыхательные шланги с клапанной коробкой, байпасный клапан (ручной или автоматический), травящий клапан и баллон с редуктором высокого давления. Принцип работы следующий: кислород из дыхательного мешка поступает через невозвратный клапан в легкие водолаза, оттуда, через другой невозвратный клапан кислород и образовавшийся при дыхании углекислый газ попадает в канистру химпоглотителя, где углекислый газ связывается каустической содой, а оставшийся кислород возвращается в дыхательный мешок. Кислород, потребленный водолазом, подается в дыхательный мешок через калиброванную дюзу со скоростью примерно 1 — 1,5 литра в минуту или же добавляется водолазом с помощью ручного клапана. При погружении обжим дыхательного мешка компенсируется либо за счет срабатывания автоматического байпасного клапана, либо с помощью ручного клапана, управляемого самим водолазом. Надо заметить, что, несмотря на название «замкнутый», любой ребризер замкнутого цикла выпускает через травящий клапан пузырьки дыхательного газа во время всплытия. Чтобы избавиться от пузырей, на травящие клапаны устанавливают колпачки из мелкой сетки или поролона. Это простое устройство весьма эффективно и снижает диаметр пузырьков до 0,5 мм. Такие пузырьки полностью растворяются в воде уже через полметра и не демаскируют водолаза на поверхности.

Ограничения, присущие кислородным ребризерам замкнутого цикла, обусловлены в первую очередь тем, что в данных аппаратах применяется чистый кислород, парциальное давление которого и является ограничивающим фактором по глубине погружения. Так в спортивных (рекреационных и технических) системах обучения этот предел составляет 1,6 ата, что ограничивает глубину погружения 6-ю метрами в теплой воде при минимальной физической нагрузке. В военно-морском флоте ФРГ такой предел составляет 8 метров, а в ВМФ СССР — 22 метра.

Химический ребризер замкнутого цикла с предварительно приготовленной смесью

Такая модель в мире только одна и называется она ИДА-71 (Russian IDA71 military and naval rebreather, его дальнейшее развитие называется ИДА-85, но про этот ребризер мало чего известно). Сделано в СССР. Детали этого аппарата такие же, как и у кислородного ребризера замкнутого цикла, но с двумя отличиями. Во-первых есть автомат промывки. Это механическое устройство, которое при достижении глубины 18-20 метров (точнее его отрегулировать нельзя) прекращает подачу чистого кислорода в дыхательный мешок и начинает подачу смеси, состоящей из 40 % кислорода и 60 % азота (то есть Нитрокс). Вторая (и главная) особенность состоит в наличии у ИДА-71 двух канистр химпоглотителя. В первую заряжается обычный химпоглотитель на основе каустической соды, а во вторую — вещество О3 (о-три), созданное на основе пероксида натрия. Вещество О3 способно не только поглощать углекислый газ, но и выделять кислород. Принцип работы ИДА-71 состоит в том, что потребление кислорода водолазом компенсируется не только за счет подачи свежей дыхательной смеси, но и за счет выделения кислорода веществом О3. Таким образом, не возникает (по крайней мере теоретически) избытка дыхательной смеси и аппарат не выпускает пузырьков газа, получая право называться «замкнутым».

Поскольку скорость выделения кислорода веществом О3 непостоянна и зависит от множества неподдающихся учету факторов, таких, как, например, температура воды, то невозможно точно определить содержание кислорода в дыхательном мешке ребризера, но эта задача и не ставится. Просто водолаз должен скрытно выполнить боевое задание. Ограничения для данного аппарата заложены в самой его конструкции и кроме непредсказуемости содержания кислорода в дыхательном газе обусловлены еще и применением крайне опасного вещества О3. Если на вещество попадет вода — начинается бурная реакция с выделением кислорода, что, при протечке аппарата означет смерть от кислородного отравления на глубине. Ни одна из стран не запустила в серию подобный аппарат и не экспериментировала с ним в силу его крайней непредсказуемости и опасности.

Для планирования погружений используются декомпрессионные таблицы, рассчитанные под данный аппарат из предположения, что парциальное давление кислорода 3,2 ата вполне безопасно.

Ребризер замкнутого цикла с ручной подачей кислорода

Эта система называется ещё K.I.S.S. (Keep It Simple Stupid) и изобретена канадцем Гордоном Смитом. Это ребризер замкнутого цикла с приготовлением смеси «на лету» (selfmixer), но в максимально простом исполнении. Принцип работы аппарата состоит в том, что используются 2 газа. Первый, называемый дилюэнтом, подается в дыхательный мешок аппарата через автоматический байпасный клапан для компенсации обжима дыхательного мешка при погружении. Второй газ (кислород) подается в дыхательный мешок через калиброванную дюзу с постоянной скоростью, меньшей, однако, чем темп потребления кислорода водолазом (примерно 0,8-1,0 литров в минуту). При погружении водолаз обязан сам контролировать парциальное давление кислорода в дыхательном мешке по показаниям электролитических датчиков парциального давления кислорода и добавлять недостающий кислород с помощью ручного клапана. На практике это выглядит так: перед погружением водолаз добавляет в дыхательный мешок какое-то количество кислорода, устанавливая по датчикам требуемое парциальное давление кислорода (в пределах 0,4-0,7 ата). В процессе погружения для компенсации по глубине в дыхательный мешок автоматически добавляется газ-дилюэнт, снижая концентрацию кислорода в мешке, но парциальное давление кислорода остается относительно стабильным из-за роста давления водяного столба. Достигнув запланированной глубины, водолаз с помощью ручного клапана устанавливает какое-либо парциальное давление кислорода (обычно 1,3) работает на грунте, раз в 10-15 минут контролируя показания датчиков парциального давления кислорода и добавляя при необходимости кислород для поддержания необходимого парциального давления. Обычно за 10-15 минут парциальное давление кислорода снижается на 0,2-0,5 ата в зависимости от физической нагрузки.

Теоретически в качестве газа-дилюэнта может использоваться не только воздух, но и trimix, что позволяет погружаться с таким аппаратом на весьма приличные глубины, однако относительное непостоянство парциального давления кислорода в дыхательном контуре затрудняет точный расчет декомпрессии. Обычно с такими аппаратами погружаются не глубже 40 метров, хотя известны случаи успешного использования в качестве газа-дилюэнта trimix и погружений на глубины 50-70 метров. Самым глубоким погружением с аппаратом подобного типа можно считать выходку Матиаса Пфайзера, нырнувшего в Хургаде на 160 (сто шестьдесят) метров. Кроме датчиков парциального давления кислорода Матиас использовал еще и компьютер VR-3 с кислородным датчиком, который отслеживал парциальное давление кислорода в смеси и рассчитывал декомпрессию с учетом всех изменений дыхательного газа. В общем, все было достаточно безопасно, но повторять этот подвиг Матиас никому не рекомендовал. И правильно сделал.

Существует великое множество переделок коммерческих, военных и спортивных ребризеров под систему K.I.S.S., но всё это, разумеется неофициально и под личную ответственность переделавшего и использующего их водолаза.

Ребризер замкнутого цикла с электронным управлением

Inspiration — ребризер с электронным управлением

Собственно настоящий ребризер замкнутого цикла (electronicaly controled selfmixer). Первый в истории такой аппарат был изобретен Вальтером Старком и назывался Electrolung. Принцип функционирования состоит в том, что газ-дилюэнт (воздух или Trimix или HeliOx) подается ручным или автоматическим байпасным клапаном для компенсации обжима дыхательного мешка при погружении, а кислород подается с помощью электромагнитного клапана, управляемого микропроцессором. Микропроцессор опрашивает 3 кислородных датчика, сравнивает их показания и усредняя два ближайших, выдает сигнал на соленоидный клапан. Показания третьего датчика, отличающиеся от двух других сильнее всего — игнорируются. Обычно соленоидный клапан срабатывает раз в 3-6 секунд в зависимости от потребления водолазом кислорода.

Погружение выглядит примерно так: водолаз вводит в микропроцессор два значения парциального давления кислорода, которые электроника будет поддерживать на разных этапах погружения. Обычно это 0,7 ата для выхода с поверхности на рабочую глубину и 1,3 ата для нахождения на глубине, прохождения декомпрессии и всплытия до 3 метров. Переключение осуществляется тумблером на консоли ребризера. В процессе погружения водолаз обязан контролировать работу микропроцессора для выявления возможных проблем с электроникой и датчиками.

Конструктивно ребризеры замкнутого цикла с электронным управлением практически не имеют ограничений по глубине и реальная глубина, на которой возможно их использование, обусловлена в основном погрешностью кислородных датчиков и прочностью корпуса микропроцессора. Обычно предельная глубина составляет 150—200 метров. Других ограничений электронные ребризеры замкнутого цикла не имеют. Основным недостатком этих ребризеров, существенно ограничивающим их распространение является высокая цена самого аппарата и расходных материалов. Важно помнить, что обычные компьютеры и декомпрессионные таблицы не подходят для погружений с электронными ребризерами, поскольку парциальное давление кислорода остается неизменным на протяжении практически всего погружения. С ребризерами такого типа должны использоваться либо специальные компьютеры (VR-3, HS Explorer) или же погружение должно рассчитываться предварительно с помощью таких программ, как Z-Plan или V-Planer. Обе программы бесплатные и рекомендованы для применения производителями и создателями всех электронных ребризеров.

Ребризеры полузамкнутого цикла

Ребризер полузамкнутого цикла с активной подачей

Упрощённая схема ребризера полузамкнутого цикла

Это наиболее распространенный в спортивном дайвинге тип ребризера. Принцип его действия в том, что в дыхательный мешок с постоянной скоростью подается через калиброванную дюзу дыхательная смесь EANx Nitrox. Скорость подачи зависит только от концентрации кислорода в смеси, но не зависит от глубины погружения и физической нагрузки. Таким образом, концентрация кислорода в дыхательном контуре остается постоянной при постоянной физической нагрузке. Очевидно, что при таком способе подачи дыхательного газа возникают его излишки, которые удаляются в воду через травящий клапан. Вследствие этого ребризер полузамкнутого цикла выпускает несколько пузырьков дыхательной смеси не только при всплытии, но и при каждом выдохе водолаза. Стравливается примерно 1/5 часть выдыхаемого газа. Для повышения скрытности на травящие клапаны могут устанавливаться колпачки-дефлекторы, аналогичные применяемым в кислородных ребризерах замкнутого цикла.

В зависимости от концентрации кислорода в дыхательной смеси EANx (Nitrox) может варьироваться в пределах от 7 до 17 литров в минуту, таким образом, время нахождения на глубине при использовании ребризера полузамкнутого цикла зависит от объема баллона с дыхательным газом. Глубина погружения ограничивается парциальным давлением кислорода в дыхательном мешке (не должно превышать 1,6 ата) и установочным давлением редуктора. Дело в том, что истечение газа через калиброванную дюзу имеет сверхзвуковую скорость, что позволяет сохранять подачу неизменной до тех пор, пока установочное давление редуктора превышает давление окружающей среды в два или более раз.

Ребризер полузамкнутого цикла с пассивной подачей

Весьма малораспространенный тип ребризера, представленный в настоящее время только аппаратом Halcyon RB-80, который имеет сертификат безопасности для США и Европы. Принцип работы аппарата состоит в том, что от 1/7 до 1/5 выдыхаемого газа принудительно стравливается в воду, а объем дыхательного мешка заведомо меньше объема легких водолаза. За счет этого на каждый вдох в дыхательный контур подается свежая порция дыхательного газа. Такой принцип позволяет использовать в качестве дыхательной смеси любые газы, кроме воздуха и весьма точно поддерживать концентрацию кислорода в дыхательном контуре вне зависимости от физической нагрузки и глубины. Поскольку подача дыхательного газа осуществляется только на вдох, а не постоянно, как в случае с ребризерами с активной подачей, то ребризер полузамкнутого цикла с активной подачей ограничен по глубине только парциальным давлением кислорода в дыхательном контуре. Существенным отрицательным моментом в конструкции ребризеров полузамкнутого цикла с пассивной подачей является то, что автоматика приводится в действие за счет дыхательных движений водолаза. Из аппаратов, использующих подобный принцип известны французский ребризер Interspiro и немецкий СoRa. Первый не выпускается с середины 60-х годов прошлого века, а второй существует в единичных экземплярах, хотя и является относительно недавней разработкой.

Механический селфмиксер

Весьма редкая конструкция ребризера полузамкнутого цикла. Первый такой аппарат был создан и испытан Draeger в 1914 году. Принцип работы следующий: имеются 2 газа (кислород и дилюэнт), которые подаются через калиброванные дюзы в дыхательный мешок, как в ребризере полузамкнутого цикла с активной подачей. Причем, подача кислорода осуществляется с постоянной объемной скоростью, как в замкнутом ребризере с ручной подачей, а дилюэнт поступает через дюзу с дозвуковой скоростью истечения, причем количество подаваемого дилюэнта увеличивается с увеличением глубины. Компенсация обжима дыхательного мешка осуществляется подачей дилюэнта через автоматический байпасный клапан, а избытки дыхательной смеси стравливаются в воду так же, как в случае с ребризером полузамкнутого цикла с активной подачей. Таким образом, только за счет изменения давления воды в процессе погружения происходит изменение параметров дыхательной смеси, причем в сторону уменьшения концентрации кислорода при увеличении глубины. Механическим селфмиксерам свойственно изменение концентрации кислорода в дыхательном мешке при изменении физической нагрузки, и это прямое следствие того, что их принцип действия очень схож с принципом, по которому построены полузамкнутые ребризеры с активной подачей.

Ограничения по глубине для механического селфмиксера такие же, как для ребризера полузамкнутого цикла с активной подачей с тем исключением, что только установочное давление кислородного редуктора должно превышать давление окружающей среды в 2 и более раз. По времени же селфмиксер в основном ограничен объемом газа-дилюэнта, скорость подачи которого увеличивается с глубиной. В качестве газа-дилюэнта могут использоваться воздух, Trimix и HeliOx.

Литература

• Андрей Яшин. Обзор ребризеров. (Проверено 7 октября 2007). Разрешение об использовании статьи находится на странице обсуждения.

Примечания

1. ↑ Наставление по газодымозащитной службе Государственной противопожарной службы МВД России. М 1996