Устройство акваланга

Акваланг устройство и принцип работы

Данная статья не является попыткой пересказа общеизвестных фактов, и создания еще одной, похожей друг на друга статьи.

Задача – сформировать однозначное и прозрачное понимание устройства и принципов работы, одного из основных элементов снаряжения для занятия дайвингом.

Лично у меня, долгое время, было именно приблизительное понимание основ работы регулятора для дайвинга, и это не правильно.

Знание общих принципов построения и основ работы, позволит Вам более осмысленно подходить к выбору данного элемента снаряжения для дайвинга.

Когда мы говорим «Акваланг» – мы подразумеваем, что это часть автономного легководолазного снаряжения.
Для того, что бы не было путаницы, стоит сказать, что существует легководолазное снаряжение двух типов – использующее замкнутую и открытую схемы дыхания.

Дыхательный аппарат с замкнутой схемой, называют ребризером.

Дыхательный аппарат с открытой схемой, называют аквалангом.

Само слово «Акваланг» – не несет смысловой нагрузки, и появилось, благодаря Жаку-Иву Кусто, и Эмилю Ганьяну, которые назвали этим именем фирму (Aqualung, Aqua Lung), начавшую массово производить эту часть автономного легководолазного снаряжения.

Со временем, это название стало привычным общеупотребительным на территории Европы и Азии. В нашей стране, подводная охота с аквалангом запрещена.

Акваланг состоит из двух основных частей баллонов – со сжатой дыхательной смесью и редуктора, понижающего высокое давление в баллоне, до значений, необходимых для вдоха.

Баллон может быть изготовлен, из стали, алюминиевых сплавов, титана, углеволокна и т.д., как следствие, разница в весе, долговечности, стоимости. Главное требование – выдерживать высокое давление. Условно, оборудование разделено на оборудование с возможным давлением до 230 атм., и 300 атм.

При погружении, на пловца, начинает действовать давление воды, возрастающее по мере роста глубины. Для того, что бы сделать вдох, нужно преодолеть эту силу.

Силы мышц грудной клетки не достаточно для вдоха, даже на метровой глубине. Поэтому вдыхаемый воздух, должен подаваться под давлением, компенсирующим давление воды.

Чем больше глубина, тем больше должно быть давление подаваемого воздуха. При этом дыхание должно оставаться максимально естественным и комфортным. Эту работу выполняет регулятор для дайвинга.

При погружении на значительные глубины, и как следствие, нахождение под действием большего внешнего давления, вызывает сложные физиологические изменения в организме человека. Следствием попыток избежать негативных последствий этого воздействия, явилось использование в качестве дыхательной смеси, различных газовых смесей, что потребовало конструктивных изменений регулятора.

В задачи этой статьи входит рассмотрение только общих принципов работы.

Преобразование давления воздуха до давления, необходимого для вдоха, происходит в два этапа. Первый, основной этап понижения обеспечивает редуктор – часть регулятора для дайвинга устанавливаемая непосредственно на вентиль баллона.

Второй этап понижения давления и автоматизацию процесса дыхания выполняет “дыхательный автомат” – часть, находящаяся во рту дайвера и соединенная с редуктором воздушным шлангом.

Редуктор или первая ступень, может быть двух типов, поршневой и мембранной.

Большинство используемых регуляторов используют схему с мембраной. Для понимания принципов работы, на мой взгляд, достаточно будет рассмотреть только ее.

Проще всего понять как это работает, можно посмотрев эту анимацию:

Здесь показаны этапы работы сбалансированной первой ступени регулятора.

Когда давление с шланге, достигает определенного давления, клапан редуктора, перекрывает подачу воздуха из баллона.

Система начинает находиться в равновесии. Давление в шланге, в данном случае, управляет открытием – закрытием клапана.

Кок только дайвер делает вдох и давление падает, клапан открывается и подается новая порция воздуха.

Когда фаза вдоха заканчивается, давление в шланге возрастает и клапан первой ступени регулятора для дайвинга закрывается.

Термин “сбалансированная” обозначает, что усилие, необходимое не открытие клапана будет неизменным, не зависимо от остаточного давления в баллоне.

Как работает вторая ступень регулятора для дайвинга, тоже понятно.

Когда дайвер делает вдох, то он делает действие по втягиванию в себя воздуха.

В результате чего мембрана мембрана смещается и сдвигает рычаг, открывающий клапан подачи воздуха.

Как только вдох заканчивается, давление восстанавливается и мембрана возвращается в обратное положение, клапан закрывается.

Усилие, необходимое на открытие клапана второй ступени можно регулировать посредством сжатия или ослабления пружины.

Более подробно о регуляторах для дайвинга как основной части акваланга, можно почитать в других статья:

Читайте в разделе статьи о снаряжении для дайвинга и подводной охоты:

Устройство акваланга

Ключевая задача акваланга — обеспечить поступление воздуха в легкие аквалангиста. Но подача воздуха должна осуществляться под тем же давлением, что существует в природной среде. Современное устройство акваланга включает четыре основных части:

1. 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.
2. Регулятор давления. Переключает давление с высокого на низкое, обеспечивая поступление воздуха в легкие аквалангиста.
3. Вспомогательное оборудование. Прежде всего, сюда входит: маска, ремни, шланги для соединения и грузовая система.
4. Компенсатор плавучести. Специальная резиновая емкость, наполненная воздухом.

Правильная проверка акваланга включает анализ всех частей устройства и правильность их соединения между собой.

Тип дыхания

Все акваланги подразделяются на виды в зависимости от типа дыхания:

1. Открытая схема. Акваланг работает только на вдох. Выдох происходит в воду.
2. Полузакрытая схема. Одна часть воздуха, как в предыдущем случае, отправляется в воду, а вторая часть — на регенерацию.
3. Замкнутая схема. Наиболее эффективный тип дыхания. Выдыхаемый воздух проходит через фильтр, где удаляется углекислый газ и воздух обогащается кислородом.

Если при погружении надо привлекать как можно меньше внимания к подводным жителям, рекомендуется использовать замкнутую схему дыхания. Но она же технически самая сложная.

Чем больше элементов в системе — тем выше вероятности поломки всего устройства. Поэтому перед очередным погружением такой акваланг надо проверить особенно тщательно.

Особенности баллонов

Баллон это главное, из чего состоит акваланг, и он обязательно делается из прочного материала, выдерживающий давление, создаваемое на уровне нескольких десятков метров под водой. Но не менее важно и конкретный газ, который закачивается в акваланг.

Чаще всего, это очищенный и обезвоженный воздух, пригодный для дыхания. Его преимущества в максимальной пригодности для человеческого дыхания. Хотя могут также использоваться специальные смеси для дыхания. Состоят из кислорода, азота и гелия.

Заправка баллонов осуществляется с помощью компрессора, он под давлением закачивает воздух, одновременно очищая от масла и других нежелательных мельчайших частиц. Использование хорошего компрессора это главный принцип работы акваланга и безопасного дайвинга.

Характеристики баллонов

В акваланге может быть один, два или три баллона сразу. При этом размеры варьируются от 5 до 15 литров. В большинстве случаев, новичку хватает баллона на 10 литров. Размеров вполне хватает, чтобы делать относительно глубокие, но недолгие погружения.

Если используются стальные баллоны, их поверхность обязательно покрывается защитным материалом. В противном случае неизбежно появление коррозии, ухудшение технических характеристик баллонов.

Особенности регуляторов

Основные функции, которые выполняет регулятор акваланга:

1. Снижение давления до такого состояния, которое необходимо на данной глубине погружения.
2. 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.

Акваланг. Виды и работа. Устройство и как выбрать. Особенности

В переводе с французского «акваланг» означает «водяные легкие». Это устройство создавалось не сразу. Постепенно разрабатывались отдельные его элементы: прежде всего регулятор подачи воздуха, который впоследствии был адаптирован для оснащения акваланга. В 1978 году был впервые опробован прибор для дыхания под водой на чистом кислороде. А непосредственно акваланг был запатентован в 1943 году французами Жаком-Ивом Кусто и Эмилем Ганьяном.

Устройство и принцип работы

Акваланг включает в себя:

• Баллон — одну, две или даже три металлические емкости, содержащие сжатый воздух. Обычно объем баллона составляет 5 и 7 литров, но имеются устройства на 10 и 14 литров. Емкости имеют форму цилиндра и вытянутую горловину. К ней крепится патрубок или трубка высокого давления (посредством резьбы внутри горловины). Баллоны производятся из стали, титана, углеволокна, сплавов алюминия и др. Разные материалы обладают различным весом, долговечностью и стоимостью. Но они должны отвечать основному требованию – выдерживать высокое давление (230-300 атм.). Стальные емкости обрабатываются специальным составом, защищающим их от коррозии.
• Регулятор, в устройстве которого имеются редуктор и легочный автомат. Воздух из баллона под давлением поступает в редуктор, где давление опускается до среднего уровня. Затем через шланг воздух направляется в легочный автомат, где его давление приобретает рабочее значение, и через загубник используется для дыхания аквалангистом. В акваланге присутствуют основной и запасной регуляторы, но устройство может оснащаться и большим их числом.
• Компенсатор плавучести — устройство, необходимое для компенсации переменной плавучести аквалангиста во время погружения и во время пребывания на поверхности.

Принцип работы

При опускании на глубину на аквалангиста действует давление воды. И чем больше глубина, тем большей силы давление. Для осуществления вдоха приходится преодолевать эту силу. Однако человеческие дыхательные мышцы не способны сделать это самостоятельно, поэтому воздух для вдыхания должен подаваться под давлением, большим, чем давление воды. За это отвечает регулятор.

Давление воздуха в регуляторе проходит два этапа изменения.

1. Первый и основной этап — понижение давления. Это происходит посредством редуктора — составного элемента регулятора, встраиваемого на вентиль баллона.
2. Второй этап — нормализация давления до рабочего уровня и автоматизация дыхательного процесса. Эту функцию обеспечивает дыхательный автомат, который находится во рту аквалангиста и сообщается с редуктором посредством шланга.

Редукторы бывают поршневыми и мембранными. Мембранные являются наиболее распространенными. Их принцип работы сводится к следующему.

Первый этап

• Когда давление в шланге принимает определенное значение, клапан редуктора блокирует поступление воздуха из баллона. Система достигает равновесного состояния.
• Когда аквалангист делает вдох, давление падает, клапан вновь открывается и поступает новая порция воздуха.
• Когда вдох произведен, давление в шланге опять повышается и клапан регулятора закрывается.

Второй этап

• Когда аквалангист вдыхает, он втягивает в себя воздух.
• Мембрана смещается и сдвигает рычаг, который открывает клапан подачи воздуха.
• С прекращением вдоха давление нормализуется и мембрана возвращается в прежнее положение, закрывая клапан.

Резервный источник дыхания

Некоторые аквалангисты предпочитают брать с собой дополнительные источники дыхательной смеси. Такими источниками выступают мини-акваланги. Мини-акваланг — это система небольшого размера, которую можно применять при неглубоководных погружениях. В нее включены емкость с дыхательной смесью небольшого объема и редуктор с загубником.

Типы аквалангов

По типу дыхания акваланги делятся на три группы.

Акваланг с открытой схемой

Этот тип оборудования работает только на вдох. Сжатый воздух при вдыхании поступает из дыхательного аппарата в лёгкие дайвера через загубник, а выдох происходит в воду. Переработанный и свежий воздух не перемешиваются между собой. Это предотвращает кислородное голодание и вероятность отравления углекислым газом.

Регулятор расположен на выходе баллона и осуществляет подачу воздуха. Дыхательная смесь подается из каждой емкости по очереди через стопорные краны. Получить информацию о количестве оставшегося воздуха можно по манометру, который соединен с регулятором. По нему есть возможность узнать также и давление воздуха, имеющегося в баллоне.

Акваланг с открытой схемой имеет несложное устройство и надежен в эксплуатации. Единственный его недостаток заключается в том, что он не предназначен для глубинных погружений вследствие большого потребления воздуха.

С полузакрытой и закрытой схемой

В оборудовании с полузакрытой схемой половина выдыхаемого воздуха возвращается на регенерацию, а половина выходит наружу.

При закрытой схеме дыхания один и тот же воздух в баллоне используется для дыхания несколько раз. Выдыхаемый воздух поступает на регенерацию, очищается от углекислого газа и обогащается кислородом. Таким образом, характерные пузырьки при выдохе отсутствуют, и вид аквалангиста не так отпугивает морских обитателей, что важно для исследований подводной фауны.

Закрытая система имеет множество преимуществ:

• Обладает небольшими габаритами и весом.
• Позволяет опускаться на значительную глубину и пребывать под водой длительное время.
• Обеспечивает аквалангисту возможность меньше привлекать к себе внимание.

К минусам можно отнести высокую стоимость и возможность использования оборудования данного вида только при достаточной натренированности.

Выбор баллона

Выбирая акваланг, следует оценивать определенные параметры этих устройств:

Материал

Наиболее распространены емкости для воздуха из стали или алюминия. Алюминиевые не подвержены коррозии, а стальные наиболее прочны. Среди профессиональных аквалангистов пользуются популярностью стальные баллоны, которые при грамотном использовании очень долговечны. Однако такие изделия обязательно должны иметь защитное антикоррозийное покрытие.

Количество и объём

Сколько сосудов должен иметь акваланг — дело личных предпочтений, так как не имеет принципиальных отличий, брать с собой один 14-литровый баллон или два по 7 литров. Здесь прослеживается только одно правило: чем более глубоким и продолжительным будет погружение, тем больший объем воздуха потребуется и тем больший объем баллона нужно брать.

Опытные аквалангисты зачастую берут не камеры, а компрессор. При его наличии камеры можно арендовать или самостоятельно перезаправлять имеющиеся. Стоит он немало, поэтому покупать новый компрессор или бывший в употреблении — зависит от бюджета и индивидуальных пожеланий. Новичкам же заморачиваться с покупкой компрессора стоит только в том случае, если подводными погружениями планируется заниматься долго и серьезно.

Регуляторы — это сложные и хрупкие механизмы. Для обеспечения их долгой и беспроблемной работы им требуется особый уход. После каждого использования регулятор обязательно нужно тщательно выполаскивать от соли. Сушить резиновые части автомата необходимо подальше от ультрафиолетовых лучей, поскольку под ними происходит пересыхание и растрескивание.

Мы привыкли называть снаряжение для дайвинга аквалангом. На самом деле это скуба.

Совсем недавно я рассказал об опыте дайвинга в Турции . Сейчас подводными погружениями никого не удивишь. Технология отточена, и в обычных условиях безопасна, все рекорды поставлены. Но так было не всегда. На самом деле прообраз современного снаряжения для дайвинга был придуман меньше 100 лет назад – в 1943 году.

Возможно вы удивитесь, когда узнаете, что непосредственное участие в изобретении акваланга принимал знаменитый французский исследователь-океанолог, режиссер, автор множества книг, фотограф – капитан Жак-Ив Кусто. Многие знают его по серии фильмов о Мировом океане и других гидрологических объектах – “Подводной одиссее команды Кусто”, которую активно показывали на российском телевидении в 90-е годы прошлого века. Но “Одиссея” началась в 60-е, а за 20 лет до этого Кусто вместе со своим другом инженером Эмилем Ганьяном разработали первый прототип акваланга.

Работать над изобретением приходилось в непростых условиях – Франция была оккупирована немцами, шла Вторая мировая война. Тем не менее им удалось создать простую, надёжную и безопасную систему. Существовавшие на тот момент устройства для дыхания под водой обладали рядом серьёзных недостатков. В частности для дыхания из баллона подавался чистый кислород, что приводило к гипероксии – тяжёлой форме отравления кислородом. А система подачи кислорода была замкнутой. Для поглощения выдыхаемого углекислого газа использовалась отдельная ёмкость, заполненная едким калием. Кусто с Ганьяном первыми стали использовать воздушную смесь вместо кислорода, а система подачи стала открытой – выдыхаемый воздух попадал в окружающую среду.

Современный акваланг, как и прототип из 40-х годов, состоит из 4 основных частей:

1. Баллон со сжатым воздухом (воздушной смесью) – содержит запас воздушной смеси, жизненно необходимой для длительного пребывания под водой.

1. Регулятор – важнейшее устройство, подводит дыхательную смесь из баллона ко рту ныряльщика, отводит выдыхаемый воздух. Но самое главное – выравнивает давление. Огромное давление из баллона (200-300 бар) первая ступень регулятора сначала понижает до базовых 10 бар, затем вторая ступень выравнивает давление подаваемого воздуха в соответствии с давлением окружающей среды (изменяется в зависимости от глубины погружения).
2. Компенсатор плавучести – не что иное, как жилет, заполняемый воздухом из баллона. Позволяет компенсировать отягощение грузами, чтобы создать нулевую плавучесть, необходимую для передвижения в толще воды.
3. Грузы – система отягощений для создания отрицательной плавучести. Обычно это пояс с откалиброванными грузилами из свинца или стали. Плавучесть дайвера из-за баллона всегда положительная. Грузы делают её отрицательной, а компенсатор плавучести позволяет уравновесить.

Первый регулятор, разработанный в 1943 году, французские изобретатели назвали CG43 ( Cousteau-Gagnan 43 ) (Кусто-Ганьян 43). В 1945 усовершенствовали под именем CG45 . А в 1946 году была основана компания Aqua Lung . Это название Жак Кусто придумал для выхода на американский рынок. Однако впоследствии торговая марка Aqua Lung стала международной. А само слово настолько вошло в обиход, что в некоторых странах стало нарицательным названием лёгкого водолазного снаряжения. В частности это произошло в большинстве русскоязычных постсоветских государств.

Почти все остальные страны используют для обозначения дайверского снаряжения слово ” скуба “. Изначально это английская аббревиатура SCUBA , которая расшифровывается как Self-contained underwater breathing apparatus . В переводе на русский – автономный подводный дыхательный аппарат. Согласитесь, для нашего уха звучит непривычно. Поэтому скорее всего в странах СНГ ” акваланг ” останется не международной компанией, выпускающей оборудование для дайвинга, а нарицательным обозначением этого оборудования. Но вы теперь знаете правду!)

Если это статья показалась вам интересной, пожалуйста поддержите её лайком и комментарием. Спасибо за внимание и до встречи в новых публикациях!