Дайвинг с ребризером

Обучение водолазов 2-го разведывательного батальона с ребризером Draeger LAR V

Ребризер плавания является подводным использованием ребризер , которые рециркуляция дыхательного газа уже используется водолазом после замены кислорода , используемого водолазом и удаления диоксида углерода метаболического продукта. Дайвинг с ребризером используется рекреационными, военными и научными дайверами в тех случаях, когда он имеет преимущества перед аквалангом с открытым контуром, а подача дыхательного газа с поверхности невозможна. Основными преимуществами дайвинга с ребризером являются повышенная газовая выносливость и отсутствие пузырьков.

Ребризеры обычно используются для подводного плавания , но иногда также используются для аварийных систем для подводного плавания с надводной водой . В системах регенерации газа, используемых для глубоких погружений с гелиоксом, используется технология, аналогичная ребризерам, как и в системах жизнеобеспечения погружений с насыщением , но в этих случаях оборудование для рециркуляции газа не переносится дайвером. Атмосферные водолазные костюмы также используют технологию 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 потенциальных точек отказа , поэтому приемлемо безопасное использование требует более высокого уровня навыков, внимания и ситуационной осведомленности, что обычно достигается за счет понимания систем, тщательного обслуживания и изучения практических навыков. навыки эксплуатации и устранения неисправностей . Отказоустойчивая конструкция снижает вероятность отказа ребризера, что немедленно подвергает опасности пользователя, и снижает нагрузку на дайвера, что, в свою очередь, может снизить риск ошибки оператора.

Сравнение с разомкнутой цепью [ править ]

Основной принцип [ править ]

На небольшой глубине дайвер, использующий дыхательный аппарат с открытым контуром, обычно использует только около четверти кислорода вдыхаемого воздуха, что составляет от 4 до 5% вдыхаемого 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. Поскольку потребляется лишь небольшая часть кислорода и практически никакой инертный газ, каждый выдох из комплекта акваланга открытого цикла представляет собой не менее 95% потраченного впустую потенциально полезного объема газа, который необходимо заменить из источника дыхательного газа. . ^[1]

Ребризер рециркулирует выдыхаемый газ для повторного использования и не выпускает его немедленно в окружающую среду. ^{[2] [3]} Инертный газ и неиспользованный кислород хранятся для повторного использования, а ребризер добавляет газ, чтобы заменить израсходованный кислород, и удаляет диоксид углерода. ^[2]Таким образом, газ в контуре ребризера остается пригодным для дыхания и поддерживает жизнь, а дайверу нужно нести только часть газа, которая потребуется для системы с открытым контуром. Экономия пропорциональна атмосферному давлению, поэтому больше для более глубоких погружений и особенно значительна, когда в качестве разбавителя инертного газа используются дорогостоящие смеси, содержащие гелий. Ребризер также добавляет газ для компенсации сжатия при увеличении глубины и выпускает газ для предотвращения чрезмерного расширения при уменьшении глубины. ^[1]

Преимущества [ править ]

Преимущества эффективности [ править ]

Основное преимущество ребризера перед дыхательными аппаратами с открытым контуром - это экономичное использование газа. При использовании акваланга с открытым контуром при выдохе дайвер полностью выдыхает в окружающую воду. Вдыхаемый воздух из акваланга открытого цикла с баллонами, заполненными сжатым воздухом, содержит около 21% ^[4] кислорода. Когда этот вдох возвращается в окружающую среду, уровень кислорода в нем находится в диапазоне от 15 до 16%, когда дайвер находится при атмосферном давлении. ^[4] Это оставляет доступное использование кислорода примерно на 25%; оставшиеся 75% потеряны. Поскольку оставшиеся 79% дыхательного газа (в основном азот ) инертны, дайвер с аквалангом с открытым контуром использует только около 5% содержимого баллонов.

На глубине преимущество ребризера еще более заметно. Скорость метаболизма дайвера не зависит от давления окружающей среды (т. Е. Глубины), и, следовательно, скорость потребления кислорода не меняется с глубиной. Производство углекислого газа также не изменяется, поскольку оно также зависит от скорости метаболизма. Это заметное отличие от открытого контура, где количество потребляемого газа увеличивается с увеличением глубины, поскольку плотность вдыхаемого газа увеличивается с давлением, а объем вдоха остается почти неизменным.

Преимущества осуществимости [ править ]

Продолжительные или глубокие погружения с использованием оборудования для подводного плавания с открытым контуром могут быть невозможны, поскольку существуют ограничения на количество и вес баллонов, которые может носить дайвер. Экономия расхода газа также полезна, когда вдыхаемая газовая смесь содержит дорогие газы, такие как гелий . При обычном использовании на постоянной глубине потребляется только кислород: небольшие объемы инертных газов теряются во время одного погружения, в основном из-за выпуска газа при всплытии. Например, ныряльщик с ребризером замкнутого цикла эффективно не расходует больше разбавляющего газа после достижения полной глубины погружения. При подъеме разбавитель не добавляется, но большая часть газа в контуре теряется, поскольку он расширяется и удаляется. Очень небольшое количество тримиксапоэтому может длиться много погружений. Нередко 3-литровый ( номинальный объем 19 кубических футов ) баллон с дилуентом рассчитан на восемь погружений на глубину 40 м (130 футов). ^{[ необходима цитата ]}

Другие преимущества [ править ]

• За исключением всплытия, ребризеры с замкнутым контуром не производят пузырьков, не издают шума пузырей и гораздо меньше шипения газа, в отличие от акваланга открытого типа ; ^[4] это может скрыть военных водолазов и позволить водолазам, занимающимся морской биологией и подводной фотографией, избегать тревожных морских животных и тем самым приближаться к ним. ^[5]
• Отсутствие пузырьков позволяет ныряльщикам-затонувшим кораблям заходить в закрытые пространства затонувших кораблей, не наполняя их медленно воздухом, что может ускорить ржавление, а также является преимуществом при погружении в пещеры, если на потолке есть рыхлый материал, который можно вытеснить пузырьками, что снижает видимость.
• Ребризер с полностью замкнутым контуром может использоваться для оптимизации доли инертных газов в дыхательной смеси и, следовательно, минимизации требований дайвера к декомпрессии путем поддержания определенного и почти постоянного относительно высокого парциального давления кислорода (ppO ₂ ) на всех глубинах.
• Дыхательный газ в ребризере теплее и влажнее, чем сухой и холодный газ от оборудования с открытым контуром, что делает его более комфортным для дыхания при длительных погружениях и вызывает меньшее обезвоживание и охлаждение дайвера.
• Многие ребризеры имеют систему кислородных датчиков, которые позволяют дайверу или цепи управления регулировать парциальное давление кислорода. Это может дать существенное преимущество в конце более глубоких погружений, когда дайвер может поднять парциальное давление кислорода во время декомпрессии, что позволяет сократить 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 бар может вызвать симптомы острой токсичности при длительном воздействии. ^[6]
• Потеря массы во время погружения снижается, поскольку используется гораздо меньшее количество газа, поэтому плавучесть не сильно меняется по мере погружения, и требуется меньший вес балласта для компенсации использования газа.

Недостатки [ править ]

По сравнению с аквалангом открытого цикла ребризеры имеют некоторые недостатки, в том числе стоимость, сложность эксплуатации и обслуживания, а также более 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 привести к увеличению углекислого газа до опасного уровня. Некоторые разработчики ребризеров пытаются решить эти проблемы, отслеживая систему с помощью электроники, датчиков и систем сигнализации. Они дороги и подвержены сбоям, неправильной настройке и неправильному использованию. ^[7]

• Кислородные ребризеры (простой замкнутый контур) ограничены диапазоном малых глубин примерно 6 м, за пределами которого риск острой кислородной токсичности очень быстро возрастает до неприемлемых уровней.
• Ребризеры с полузамкнутым контуром менее эффективны, чем с замкнутым контуром, и более сложны в механическом отношении, чем акваланги с открытым контуром или кислородные ребризеры.
• Ребризеры с замкнутым контуром еще более сложны с механической точки зрения и, как правило, полагаются на 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 и чувствительными к намоканию их схем.
• В зависимости от сложности ребризера существует больше режимов отказа, чем у акваланга с открытым контуром, и некоторые из этих режимов отказа не могут быть легко распознаны дайвером без технологического вмешательства.

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

Требование экстренной помощи при нырянии с ребризером может иногда также требовать, чтобы дайвер с ребризером нес почти столько же баллонов, сколько и дайвер с открытым контуром, чтобы дайвер мог выполнить необходимые декомпрессионные остановки, если ребризер полностью выйдет из строя. ^[8] Некоторые дайверы с ребризерами предпочитают не брать с собой достаточно аварийных средств для безопасного всплытия с открытым контуром дыхания, а вместо этого полагаются на ребризер, полагая, что безвозвратный отказ ребризера очень маловероятен. Эта практика известна как альпинизм или альпинистский дайвинг и обычно не рекомендуется из-за предполагаемого чрезвычайно высокого риска смерти в случае отказа ребризера. ^[9]

Другие отличия [ править ]

Основное различие между дайвингом с ребризером и дайвингом с открытым контуром заключается в контроле нейтральной плавучести. Когда аквалангист открытого типа вдыхает, количество сильно сжатого 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 имеет тенденцию слегка подниматься с каждым вдохом и 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.

Операция [ править ]

Ребризер функционирует, удаляя углекислый газ из выдыхаемого газа, восполняя использованный кислород и предоставляя рециркулирующий газ под давлением окружающей среды, чтобы дайвер мог вдохнуть.

Эффективность скруббера [ править ]

При погружении с ребризером типичная эффективная продолжительность дыхания составляет от получаса до нескольких часов в зависимости от типа и размера скруббера с диоксидом углерода , температуры окружающей среды, конструкции ребризера и количества диоксида углерода. производится дайвером, что в основном зависит от его метаболической работы .

Управление миксом [ править ]

Основная потребность в ребризере состоит в том, чтобы парциальное давление кислорода (ppO ₂ ) в смеси не становилось слишком низким (вызывая гипоксию ) или слишком высоким (вызывая кислородное отравление ). У людей желание дышать обычно вызвано высоким уровнем углекислого газа в крови, а не недостатком кислорода. Если добавляется недостаточно нового кислорода, доля кислорода в контуре может стать слишком низкой для поддержания сознания и, в конечном итоге, слишком низкой для поддержания жизни. Возникающая в результате серьезная гипоксия вызывает внезапное отключение электричества практически без предупреждения. Это делает гипоксию смертельной опасностью для ныряльщиков с ребризерами.

Метод, используемый для контроля диапазона парциального давления кислорода в дыхательном контуре, зависит от типа ребризера.

В кислородном ребризере после тщательной промывки петли смесь становится статичной при 100% -ном содержании кислорода, а парциальное давление зависит только от глубины. В некоторых ранних кислородных ребризерах дайверу приходилось вручную открывать и закрывать клапан кислородного баллона, чтобы наполнять контрлегкое каждый раз, когда объем снижался. В других случаях небольшой непрерывный поток кислорода обеспечивается клапаном ограничения потока, но в комплекте также есть ручной перепускной клапан для спуска и когда потребление превышает подачу. В более продвинутых кислородных ребризерах давление в противолегком контролирует поток кислорода с помощью клапана по запросу, который добавляет газ, когда мешок пуст, а внутреннее давление падает ниже окружающего.

В полузамкнутом ребризере смесь петель зависит от сочетания факторов:

• тип системы добавления газа и его настройки в сочетании с используемой газовой смесью, которые регулируют скорость добавления кислорода. Кислородная фракция ограничена газовой смесью. Он может быть ниже, но не выше.
• скорость работы и, следовательно, скорость потребления кислорода, которая контролирует скорость истощения кислорода и, следовательно, результирующую фракцию кислорода.
• глубина, которая имеет обычный эффект увеличения парциального давления пропорционально атмосферному давлению и доле кислорода.

В ребризерах с замкнутым контуром с ручным управлением дайвер контролирует смесь и объем газов в контуре, вручную вводя кислород и газы-разбавители в контур и удаляя воздух из контура. В петле есть предохранительный клапан для предотвращения повреждений, вызванных избыточным давлением в петле, когда клапан мундштука закрыт.

Ребризеры замкнутого цикла с электронным управлением оснащены электрогальваническими датчиками кислорода, которые контролируют парциальное давление кислорода, и электронными системами управления, которые нагнетают больше кислорода для поддержания заданного значения и выдают водолазу звуковое, визуальное и / или вибрационное предупреждение, если парциальное давление кислорода достигает опасно высокого или низкого уровня.

Объем в контуре как SCR, так и CCR обычно поддерживается автоматическим клапаном разбавителя с регулируемым давлением , который работает по тому же принципу, что и клапан по запросу, для добавления разбавителя, когда вдох снижает давление в петле во время спуска или если дайвер снимает газ из петли на выдохе через нос.

Уставки [ править ]

Уставка (или уставка) - это заводская установка или программируемое пользователем предельное значение 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 вернется в пределы заданного значения. Обычно пользователь может отменить добавление газа путем ручного включения клапанов впрыска.

Некоторые системы управления позволяют активировать переключение заданных значений по глубине, так что одна пара заданных значений может быть выбрана для основной части погружения, а другая пара, обычно более богатая, для ускоренной декомпрессии выше предельной глубины. Переключение происходит автоматически во время всплытия, но высокие заданные значения не активируются перед всплытием, поскольку они обычно нежелательны во время спуска и основной части погружения.

Заданное значение глубокого сектора выбрано для минимизации необходимости декомпрессии при сохранении низкого риска кислородного отравления в течение ожидаемой продолжительности погружения. Могут использоваться значения в диапазоне от 1,4 бара для короткого погружения до 1,0 бара для очень длинного погружения, при этом 1,2–1,3 бар часто являются компромиссом общего назначения. (см. таблицы ребризеров ВМС США). Заданное значение декомпрессии, как правило, немного выше, чтобы ускорить удаление инертных газов, сохраняя при этом низкий риск кислородного отравления. Обычно выбираются значения от 1,4 до 1,6 бар, в зависимости от ожидаемой продолжительности декомпрессии.

Расчет микширования петель [ править ]

В ребризерах с замкнутым контуром газовая смесь дыхательного контура либо известна (кислород), либо контролируется и регулируется в установленных пределах либо дайвером, либо схемой управления, но в случае полузамкнутых ребризеров, где газовая смесь зависит от предварительного настройки и нагрузки водолаза, необходимо рассчитать возможный диапазон газового состава во время погружения. Расчет зависит от режима добавления газа.

Парциальное давление кислорода в полузакрытом ребризере [ править ]

Дайвер с постоянной нагрузкой во время аэробных условий работы будет использовать приблизительно постоянное количество кислорода в виде доли минутного объема дыхания (RMV или ). Это соотношение минутной вентиляции и поглощения кислорода является коэффициентом экстракции и обычно находится в диапазоне от 17 до 25 с нормальным значением около 20 для здоровых людей. Были измерены значения от 10 до 30. ^[10] Вариации могут быть вызваны диетой дайвера и мертвым пространством дайвера и оборудования, повышенным уровнем углекислого газа или повышенной дыхательной работой и толерантностью к углекислому газу.${\ displaystyle V_ {O_ {2}}}$${\ displaystyle V_ {E}}$${\ displaystyle K_ {E}}$

${\ displaystyle K_ {E} = {\ frac {V_ {E}} {V_ {O_ {2}}}}}$ (≅20)

Поэтому объем газа в дыхательном контуре можно описать как приблизительно постоянный, и добавление свежего газа должно уравновешивать сумму сброшенного объема, метаболически удаленного кислорода и изменения объема из-за изменения глубины. (метаболический диоксид углерода, добавленный в смесь, удаляется скруббером и, следовательно, не влияет на уравнение)

Постоянный массовый расход [ править ]

Парциальное давление кислорода в системе с постоянным массовым расходом регулируется расходом подаваемого газа через отверстие и потреблением кислорода дайвером. В этом случае скорость выгрузки равна скорости подачи за вычетом потребления кислорода.

Изменение доли кислорода в дыхательном контуре можно описать следующим уравнением: ^[11]${\ displaystyle dF_ {O_ {2} loop}}$

$${\ displaystyle V_ {loop} \ times dF_ {O_ {2} loop} = (Q_ {feed} \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}} - (Q_ {feed} -V_ { O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} loop}) dt}$$

Где:

${\ displaystyle V_ {loop}}$ = объем дыхательного контура

${\ displaystyle Q_ {feed}}$ = расход свежего газа, подаваемого через отверстие

${\ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = кислородная доля подаваемого газа

${\ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = расход кислорода, поглощаемый дайвером

Это приводит к дифференциальному уравнению:

$${\ displaystyle {\ frac {dF_ {O_ {2} loop}} {dt}} = {\ frac {(Q_ {feed} \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}} (t ) - (Q_ {feed} -V_ {O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} loop} (t))} {V_ {loop}}}}$$

С решением:

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop} (t) = {\ frac {Q_ {feed} \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} {Q_ {feed} -V_ { O_ {2}}}} + (F_ {O_ {2} loop} ^ {start} - {\ frac {Q_ {feed} \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} { Q_ {feed} -V_ {O_ {2}}}}) \ times e ^ {- {\ frac {Q_ {feed} -V_ {O_ {2}}} {V_ {loop}}} t}}$$

Которая состоит из устойчивого состояния и переходного периода.

Срока устойчивого состояния достаточно для большинства расчетов:

Установившуюся долю кислорода в дыхательном контуре можно рассчитать по формуле: ^[11]${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop}}$

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = {\ frac {(Q_ {feed} \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}})} {(Q_ {feed} -V_ { O_ {2}})}}}$$

Где:

${\ displaystyle Q_ {feed}}$ = Расход свежего газа, подаваемого через отверстие

${\ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = Скорость поглощения кислорода дайвером

${\ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = Кислородная доля подаваемого газа

в единой системе единиц.

Поскольку потребление кислорода является независимой переменной, фиксированная скорость подачи дает диапазон возможных 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 дополнение [ править ]

(без компенсации по глубине, также известный как выхлоп с регулируемым объемом (VVE) ^[12] )

Парциальное давление кислорода в системе пассивного добавления контролируется частотой дыхания дайвера. Подающий газ добавляется с помощью клапана, который эквивалентен функциональному клапану открытого контура, который открывается для подачи газа, когда дыхательный мешок пуст - подвижная верхняя пластина дыхательного мешка работает как диафрагма регулирующего клапана, приводя в действие открытие рычага. клапан при низком объеме дыхательного мешка. Объем может быть низким, потому что внутренний сильфон выпустил часть предыдущего вдоха в окружающую среду, или потому, что увеличение глубины привело к сжатию содержимого, или по сочетанию этих причин. Кислород, используемый дайвером, также медленно уменьшает объем газа в петле.

Изменение доли кислорода в системе можно описать следующим уравнением: ^[13]${\ displaystyle dF_ {O_ {2} loop}}$

$${\ displaystyle V_ {loop} \ times dF_ {O_ {2} loop} = ((Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2} } -Q_ {dump} \ times F_ {O_ {2} loop}) dt}$$

Где:

${\ displaystyle V_ {loop}}$ = объем дыхательного контура

${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop}}$ = доля кислорода в газовой смеси в дыхательном контуре

${\ displaystyle Q_ {дамп}}$ = расход сброшенного газа

${\ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = скорость поглощения кислорода дайвером

${\ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = доля кислорода в исходном газе

Это приводит к дифференциальному уравнению:

$${\ displaystyle {\ frac {dF_ {O_ {2} loop}} {dt}} = {\ frac {((Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} feed}) (t) -V_ {O_ {2}} - Q_ {dump} \ times F_ {O_ {2} loop} (t))} {V_ {loop}}}}$$

С решением:

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop} (t) = {\ frac {(Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2} }} {Q_ {dump}}} + (F_ {O_ {2} loop} ^ {start} - {\ frac {(Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} {Q_ {dump}}}) \ times e ^ {- {\ frac {Q_ {dump}} {V_ {loop}}} t}}$$

Которая состоит из устойчивого состояния и переходного периода.

Срока устойчивого состояния достаточно для большинства расчетов:

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} bag} (t) = {\ frac {(Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) \ times F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2} }} {Q_ {dump}}}}$$

Установившуюся долю кислорода в дыхательном контуре можно рассчитать по формуле: ^[13]${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop}}$

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = {\ frac {(Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} {Q_ { свалка}}}}$$

Где:

${\ displaystyle Q_ {дамп}}$ = Расход газа, сбрасываемого концентрическим сильфоном

${\ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = Скорость поглощения кислорода дайвером

${\ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = Кислородная доля подаваемого газа

в единой системе единиц.

Сброшенный объем газа связан с истекшим минутным объемом и давлением окружающей среды :${\ displaystyle P_ {amb}}$

$${\ displaystyle Q_ {dump} = P_ {amb} \ times K_ {мех} \ times V_ {E}}$$

Где:

${\ displaystyle K_ {мехов}}$ = коэффициент сильфона - соотношение между объемом выдыхаемого воздуха в дыхательных мешках и его сбросом.

${\ displaystyle V_ {E}}$ = минутный объем дыхания.

Путем замены:

$${\ displaystyle Q_ {свалка} = P_ {amb} \ times K_ {мех} \ times K_ {E} \ times V_ {O_ {2}}}$$

Что можно вставить в уравнение установившегося состояния, чтобы получить:

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = {\ frac {(P_ {amb} \ times K_ {bellows} \ times K_ {E} \ times V_ {O_ {2}} + V_ {O_ {2}}) ) F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} {P_ {amb} \ times K_ {bellows} \ times K_ {E} \ times V_ {O_ {2}}}}}$$

Что упрощает:

$${\ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = {\ frac {(P_ {amb} \ times K_ {bellows} \ times K_ {E} +1) F_ {O_ {2} feed} -1} {P_ { amb} \ times K_ {мех} \ times K_ {E}}}}$$

В этом случае потребление кислорода и скорость подачи сильно взаимосвязаны, и концентрация кислорода в контуре не зависит от поглощения кислорода и, вероятно, останется в пределах довольно жестких допусков расчетного значения для данной глубины.

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

Приведенный выше вывод не учитывает разницу температур между содержимым легких при 37 ° C и дыхательным контуром, который обычно имеет более низкую температуру. RMV указывается в литрах в минуту при температуре тела и давлении окружающей среды, потреблении кислорода в стандартных литрах в минуту (STP) и общем объеме легких и дыхательного контура в фактических литрах. ^[12] Это можно исправить, используя общее уравнение состояния газа для получения значений этих переменных при температуре газа в контуре. Влияние температурных поправок на долю кислорода в петлевом газе обычно несколько ниже. ^[14]

Максимальная рабочая глубина [ править ]

MOD для ребризера с замкнутым контуром смешанного газа обычно основывается на MOD разбавителя, так как это самая бедная смесь, которую можно гарантировать. После промывки разбавителем газ должен быть пригодным для дыхания, и это ограничивает MOD, но можно использовать более одного варианта для разбавителя и переключить газ на гипоксическую смесь для более глубокого сектора погружения и на нормоксическую смесь для более мелкие сектора.

Расчеты MOD для SCR обычно основаны на MOD для полной концентрации подаваемого газа, так как затем его можно использовать для аварийной остановки на полной запланированной глубине погружения, и это оценка наихудшего случая токсичности петлевого газа. Расчеты MOD также могут быть выполнены для петлевого газа в соответствии с расчетами, но это может быть вариациями, которые не всегда точно предсказуемы. Расчетные значения петлевого газа для пассивных систем добавления могут быть использованы для расчета рабочего режима MOD и подачи газа для аварийного MOD с учетом относительно стабильной доли петли в пассивных системах добавления, однако концентрация газа в петле может быть ближе к полной силе, если дайвер работает жесткий и вентиляция увеличивается сверх линейной степени вытяжки.

Спасение [ править ]

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 становится важной частью планирования погружений, особенно для длительных погружений и более глубоких погружений в техническом дайвинге . Часто запланированное погружение ограничивается мощностью экстренной помощи, а не мощностью ребризера.

Возможны несколько типов спасения:

• Холостого хода клапана спрос соединен с разбавителем цилиндре Ребризер в. Хотя этот вариант имеет преимущества, заключающиеся в том, что он постоянно установлен на ребризере и не тяжелый, количество газа, удерживаемого ребризером, обычно невелико, поэтому предлагаемая защита невысока.
• Клапан с разомкнутой цепью, подключенный к кислородному баллону ребризера. Это похоже на спасение разжижителя открытого цикла, за исключением того, что его можно безопасно использовать только на глубине 6 метров (20 футов) или меньше из-за риска кислородного отравления. ^[15]
• Независимая система разомкнутой цепи. Дополнительные баллоны тяжелые и громоздкие, но баллоны большего размера позволяют дайверу нести больше газа, обеспечивая защиту при всплытии при более глубоких и длительных погружениях. Дыхания газовой смеси должны быть тщательно подобраны , чтобы быть безопасным на всех глубинах подъема, или более чем один набор будет необходимо.
• Независимая система ребризера.

Аварийный клапан [ править ]

Аварийный клапан (BOV) - это требуемый клапан открытого цикла, установленный на мундштуке ребризера с ручным механизмом переключения из закрытого контура в открытый. Положение, выбирающее требуемый клапан открытого контура, может заменить закрытое состояние клапана поверхности для дайвинга (DSV), поскольку дыхательный контур эффективно герметичен при аварийной остановке. ^{[ необходима цитата ]} Аварийный клапан позволяет дайверу переключаться с замкнутого цикла на разомкнутый без необходимости менять мундштуки. Это может сэкономить время в чрезвычайной ситуации, так как аварийный аварийный клапан готов к немедленному использованию. Это может быть важно в ситуации тяжелой острой гиперкапнии., когда дайвер физически не может задержать дыхание на время, достаточное для смены мундштука. Подача газа в BOV часто осуществляется из бортового баллона разбавителя, но могут быть предусмотрены меры для подачи газа за пределы судна с помощью быстроразъемных соединений. ^{[ необходима цитата ]}

Безопасность [ править ]

Общий принцип безопасности дайвинга, заключающийся в том, что дайвер должен быть в состоянии справиться с любым единичным немедленно опасным для жизни отказом оборудования без посторонней помощи, подходит для погружений с ребризером. ^{[ необходима цитата ]}

Если восстановление после отказа оставляет дайвера в скомпрометированном положении, где существует высокий риск единичного режима отказа, которым дайвер больше не может управлять, погружение следует прекратить. ^{[ необходима цитата ]}

Ребризеры по своей природе имеют более высокий риск механического или электрического отказа из-за их структурной и функциональной сложности, но его можно уменьшить за счет хорошей конструкции, которая обеспечивает резервирование критически важных элементов, и наличия достаточного количества альтернативных источников дыхательного газа для аварийной остановки, включая любую необходимую декомпрессию в случае отказ. Конструкции, сводящие к минимуму риск ошибок интерфейса человек-машина, и соответствующее обучение процедурам, связанным с этой областью, могут помочь снизить уровень смертности. ^[16]

Некоторые проблемы безопасности при погружениях с ребризером можно решить путем обучения, другие могут потребовать изменения культуры безопасности технических дайверов.. Основная проблема безопасности заключается в том, что многие дайверы 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 - процедурам, которые официально являются частью всех программ обучения ребризеру. Также может быть тенденция пренебрегать техническим обслуживанием после погружения, и некоторые дайверы будут нырять, зная, что с устройством есть функциональные проблемы, потому что они знают, что в системе обычно предусмотрена избыточность. Это резервирование предназначено для безопасного завершения погружения, если оно происходит под водой, путем устранения критической точки отказа. Погружение с устройством, которое уже имеет неисправность, означает, что существует единственная критическая точка отказа в этом устройстве, которая может вызвать опасную для жизни аварию, если другой элемент на критическом пути выйдет из строя.Риск может возрасти на порядки.^[17]

Опасности [ править ]

В дополнение к риску других нарушений дайвинга, которым подвержены дайверы с открытым контуром, дайверы с ребризерами также больше подвержены опасностям, которые напрямую связаны с эффективностью и надежностью общей и конкретной 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 падение атмосферного давления, вызванное фазой всплытия во время погружения, что может снизить парциальное давление кислорода до гипоксического уровня, что иногда называется глубоководным затемнением. ^[18]
• Судороги из-за кислородного отравления, вызванного 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 смогут измерять высокое парциальное давление кислорода, что приведет к опасно высоким уровням кислорода.
• Дезориентация, паника , головная боль и гипервентиляция из-за избытка углекислого газа, вызванные неправильной конфигурацией, отказом или неэффективностью скруббера. Скруббер должен быть настроен таким образом, чтобы выдыхаемый газ не мог пройти через 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 позволить абсорбенту наверстать упущенное. Эффективность скруббера может быть снижена на глубине, где повышенная концентрация других молекул газа из-за давления не позволяет некоторым молекулам диоксида углерода достичь активного ингредиента скруббера до того, как газ выйдет на дальнюю сторону абсорбирующей стопки. ^[19]Низкие температуры в скруббере также замедляют скорость реакции .
• Дайвер с ребризером должен постоянно вдыхать и выдыхать, ^{[ цитата необходима ],} чтобы выдыхаемый газ проходил через абсорбент углекислого газа, чтобы абсорбент мог работать все время. Дайверы должны отказаться от любых привычек к экономии воздуха, которые могли выработаться во время погружений с аквалангом открытого типа . В ребризерах с замкнутым контуром это также имеет то преимущество, что смешивание газов предотвращает образование богатых кислородом и обедненных кислородом пространств внутри контура, которые могут давать неточные показания для системы контроля кислорода.
• «Едкий коктейль» в контуре, если вода контактирует с натронной известью, используемой в газоочистителе с диоксидом углерода . Дайвера обычно предупреждает об этом привкус мела во рту. Безопасный ответ - выпрыгнуть, чтобы «разомкнуть контур» и прополоскать рот.
• Медленный низкотемпературный запуск химиката, поглощающего диоксид углерода. Это особая проблема химического ребризера Chemox, которому требуется влажность дыхания для активации супероксида калия и абсорбции диоксида углерода. ^[20] хлорат свеча может быть предусмотрено , что производит достаточное количество кислорода , чтобы позволить дыхание пользователя , чтобы активировать систему. ^[20]

Неотъемлемые ограничения типов ребризеров [ править ]

У каждого типа ребризера есть ограничения по безопасному рабочему диапазону и определенные опасности, присущие методу эксплуатации, которые влияют на рабочий диапазон и рабочие процедуры.

Кислородный ребризер [ править ]

Кислородные ребризеры просты и надежны благодаря своей простоте. Газовая смесь известна и надежна при условии, что контур должным образом промывается в начале погружения и используется правильный газ. Мало что может пойти не так, как надо, кроме затопления, утечки, выхода газа и прорыва скруббера, все из которых очевидны для пользователя, и нет риска декомпрессионной болезни, поэтому аварийный всплытие на поверхность всегда вариант в открытой воде. Критическим ограничением кислородного ребризера является очень небольшая глубина из-за соображений токсичности кислорода.

Активное добавление SCR [ править ]

SCR с активным добавлением различаются по сложности, но все работают с дыхательным контуром, который обычно находится около верхнего предела его пропускной способности. Следовательно, если система добавления газа выходит из строя, объем газа в контуре обычно остается достаточным, чтобы не предупреждать дайвера о том, что кислород истощается, и риск гипоксии относительно высок.

Постоянный массовый расход SCR [ править ]

Добавление постоянного массового расхода обеспечивает добавление газа в контур, который не зависит от глубины и метаболического потребления кислорода. Если не принимать во внимание добавку для компенсации увеличения глубины, срок службы устройства в основном фиксируется для данной комбинации отверстия и газа подачи. Однако парциальное давление кислорода будет варьироваться в зависимости от метаболических 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 с датчиком кислорода, эти ребризеры имеют меньший безопасный диапазон глубины, чем открытый контур на том же газе, и являются недостатком для декомпрессии.

Особая опасность системы измерения газа состоит в том, что если отверстие частично или полностью заблокировано, газ в контуре будет обеднен кислородом, а дайвер не будет знать об этой проблеме. Это может привести к гипоксии и потере сознания без предупреждения. Это можно уменьшить, отслеживая парциальное давление в реальном времени с помощью кислородного датчика, но это увеличивает сложность и стоимость оборудования.

SCR, управляемый по требованию [ править ]

Принцип действия заключается в добавлении массы кислорода, пропорциональной объему вентиляции. Добавление свежего газа осуществляется путем регулирования давления в дозирующей камере, 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 окружающую среду через клапан избыточного давления после заполнения сильфона.

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

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

Пассивное добавление SCR [ править ]

Пассивное добавление основано на вдохе дайвера, который запускает добавление газа, когда объем газа в дыхательном контуре низкий. Это предупредит дайвера, если дополнительная система перестанет работать по какой-либо причине, так как выпускная система будет продолжать опорожнять петлю, и у дайвера будет уменьшающийся объем газа, которым он сможет дышать. Обычно это обеспечивает адекватное предупреждение, прежде чем гипоксия станет вероятной.

PASCR без компенсации глубины [ править ]

Подача газа для пассивной добавки SCR без компенсации по глубине прямо пропорциональна соотношению сильфонов - пропорции газа, выпускаемой во время каждого цикла дыхания. Небольшое соотношение означает, что количество газа, добавляемого в каждом цикле, невелико, и газ повторно вдыхается больше раз, но это также означает, что больше кислорода удаляется из газовой смеси контура, а на малых глубинах дефицит кислорода по сравнению с подаваемым газом. концентрация большая. Большое соотношение сильфонов добавляет большую долю объема дыхания в качестве свежего газа, и это сохраняет газовую смесь ближе к составу подачи на небольшой глубине, но расходует газ быстрее.

Механизм прост и надежен механически и нечувствителен к засорению мелкими частицами. Вероятность утечки выше, чем у блока, который использует газ быстрее, но не ставит 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 безопасный диапазон глубин для данного подаваемого газа меньше, чем для открытого контура, и изменение концентрации кислорода составляет также невыгоден для декомпрессии. Переключение газа может компенсировать это ограничение за счет сложности конструкции и эксплуатации. Возможность переключения на открытый контур на небольшой глубине - это опция, которая может компенсировать снижение содержания кислорода на этой глубине.за счет сложности эксплуатации и значительного увеличения расхода газа при открытом контуре. Это можно считать относительно незначительной проблемой, если учесть требование аварийного газа. Дайвер все равно будет нести газ, и его использование для декомпрессии в конце погружения не увеличивает объем, необходимый 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 [ править ]

Подача газа для пассивного ребризера с компенсацией глубины приблизительно пропорциональна метаболическому использованию. Объем газа, сбрасываемого системой, для данной глубины составляет фиксированную долю объема, которым дышит дайвер, как в случае системы без компенсации глубины. Однако это соотношение изменяется обратно пропорционально окружающему давлению - коэффициент сильфона максимален 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 добавления, чтобы составить объем контура в установившемся режиме. Это очень похоже на SCR с регулируемой потребностью в действии на долю кислорода в петлевом газе, которая остается почти постоянной на всех глубинах, где компенсация является линейной,и для аэробных упражнений. Ограничения этой системы, по-видимому, в основном связаны с механической сложностью, размером и массой оборудования. Линейность компенсации глубины ограничена структурными соображениями, и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеивается. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.Ограничения этой системы, по-видимому, в основном связаны с механической сложностью, размером и массой оборудования. Линейность компенсации глубины ограничена структурными соображениями, и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеивается. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.Ограничения этой системы, по-видимому, в основном связаны с механической сложностью, размером и массой оборудования. Линейность компенсации глубины ограничена структурными соображениями, и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеивается. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.объем и масса оборудования. Линейность компенсации глубины ограничена структурными соображениями, и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеивается. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.объем и масса оборудования. Линейность компенсации глубины ограничена структурными соображениями, и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеивается. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеется. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.и ниже определенной глубины компенсация будет менее эффективной и, наконец, рассеется. Однако на долю кислорода это не оказывает большого влияния, так как изменения на этих глубинах уже небольшие. Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.Немного более высокие концентрации в этом случае немного ближе к значению подаваемого газа, чем если бы компенсация все еще действовала. PASCR с компенсацией глубины может подавать почти идентичный дыхательный газ в открытый контур в большом диапазоне глубин с небольшой и почти постоянной долей кислорода в дыхательном газе, устраняя основное ограничение системы без компенсации за счет механической сложности.

CCR смешанного газа [ править ]

Ребризер замкнутого контура смешанного газа может обеспечить оптимизированную газовую смесь для любой заданной глубины и продолжительности, и делает это с большой точностью и эффективностью использования газа до тех пор, пока он не выйдет из строя, и есть несколько способов, которыми он может выйти из строя. Многие из режимов отказа не могут быть легко идентифицированы дайвером без использования датчиков и сигналов тревоги, а несколько режимов отказа могут уменьшить газовую смесь до одной, непригодной для поддержания жизни. Этой проблемой можно управлять, отслеживая состояние системы и принимая соответствующие меры, когда оно отклоняется от запланированного состояния. Состав петлевого газа по своей природе нестабилен, поэтому требуется система управления с обратной связью. Парциальное давление кислорода, которое является контролируемой характеристикой, должно быть измерено, и значение должно быть передано в систему 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 завершения погружения.

CCR с ручным управлением [ править ]

CCR с ручным управлением зависит от внимания, знаний и навыков дайвера для поддержания желаемого состава газовой смеси. Он основан на электрохимических датчиках и электронных приборах мониторинга, чтобы предоставить дайверу информацию, необходимую для принятия необходимых решений и правильных действий по контролю за газовой смесью. Дайвер должен постоянно знать о состоянии системы, что увеличивает нагрузку на задание, но вместе с опытом дайвер развивает и сохраняет навыки удержания смеси в запланированных пределах и хорошо оснащен для выполнения незначительных задач. неудачи. Дайвер осознает необходимость постоянно проверять состояние снаряжения, так как это необходимо, чтобы остаться в живых.

CCR с электронным управлением [ править ]

Ребризер с замкнутым контуром с электронным управлением использует электронную схему для отслеживания состояния газа в контуре в реальном времени и для внесения корректировок, чтобы удерживать его в узких пределах. Обычно эта функция очень эффективна, пока что-то не пойдет не так. Когда 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, скорее всего, будет упущено, так как неисправные датчики могут работать при низких концентрациях, но давать неточные результаты для высоких парциальных давлений.

Коварная проблема с отказом датчика кислорода заключается в том, что датчик показывает низкое парциальное давление кислорода, которое на самом деле не низкое, а неисправность датчика. Если дайвер или система управления отреагируют на это добавлением кислорода, может возникнуть гипероксический газ, который может вызвать судороги. Чтобы избежать этого, в блоки ECCCR устанавливается несколько датчиков, так что отказ одной ячейки не имеет фатальных последствий. Три или четыре ячейки используются для систем, использующих логику голосования.

Схема управления может выходить из строя сложным образом. Если не проводить всестороннее тестирование режимов отказа, пользователь не может знать, что может произойти в случае отказа схемы, а некоторые отказы могут привести к неожиданным последствиям. Отказ, который не предупреждает пользователя о правильной проблеме, может иметь фатальные последствия.

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

Режимы отказа [ править ]

Некоторые режимы отказа являются общими для большинства типов дыхательных аппаратов для дайвинга, а другие могут возникать только тогда, когда в ребризере используется определенная технология.

Отказ скруббера [ править ]

Есть несколько причин, по которым скруббер может выйти из строя или стать менее эффективным:

• Истощение действующего вещества («прорыв»). Когда остается недостаточно активного ингредиента для удаления диоксида углерода с той же скоростью, с какой он образуется при прохождении газа через скруббер, концентрация в контуре начинает расти. Это происходит, когда фронт реакции достигает дальнего конца абсорбента. Это произойдет в любом скруббере, если использовать его слишком долго.
• Канистра скруббера была неправильно упакована или сконфигурирована, что позволяет выдыхаемому газу обходить абсорбент.
  • Абсорбент должен быть плотно упакован, чтобы весь выдыхаемый газ входил в тесный контакт с гранулами, а петля сконструирована так, чтобы избегать любых промежутков или промежутков между абсорбентом и стенками баллона, которые могли бы позволить газу обходить контакт с абсорбентом. Если абсорбент упакован неплотно, он может осесть, и в некоторых случаях это может привести к образованию воздушного пути через абсорбент или вокруг него, что известно как «туннелирование».
  • Если какие-либо уплотнения, такие как 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 мелководья 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. Он вызывает меловой привкус, который должен побудить дайвера переключиться на альтернативный источник дыхательного газа и прополоскать рот водой. Многие современные абсорбенты для дыхательных аппаратов для дайвинга разработаны так, чтобы не образовывать «коктейлей» при намокании.
• В условиях ниже нуля химические вещества мокрого скруббера могут замерзнуть, когда ребризер не используется, таким образом предотвращая попадание углекислого газа в материал скруббера до его нагрева.

Последствия [ править ]

Неспособность удалить углекислый газ из дыхательного газа приводит к накоплению углекислого газа, 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 предохранительный клапан, встроенный в мундштук ребризера, который позволяет переключаться между контуром и открытым контуром, не вынимая мундштук. ^[21]

Профилактика [ править ]

• Можно использовать индикаторный краситель в натронной извести, который меняет цвет натровой извести после употребления активного ингредиента. Например, абсорбент с ребризером под названием «Protosorb», поставляемый Siebe Gorman, имел красный краситель, который, как говорят, становился белым, когда абсорбент был исчерпан. Краситель, указывающий на цвет, был исключен из использования флотом ВМС США в 1996 году, когда возникло подозрение, что он выделяет химические вещества в контур. ^[22] С помощью прозрачного контейнера это может показать положение фронта реакции. Это полезно в сухих открытых условиях, но не подходит для дайвинга, где:
  • Прозрачная канистра может быть хрупкой и легко расколоться при ударах.
  • Открытие канистры, чтобы заглянуть внутрь, залило бы ее водой.
  • Канистра обычно находится вне поля зрения пользователя, например, внутри дыхательного мешка, внутри рюкзака или сразу за водолазом.
• 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, прогнозируемого срока службы скруббера. ^{[23] [24]}
• Тестирование пределов продолжительности работы скруббера изготовителем и / или сертификационным органом, а также установленных пределов продолжительности для установки для рекомендованных абсорбентов. Эти ограничения будут консервативными для большинства дайверов, основанных на разумно предсказуемых уровнях нагрузки.
• Обучение дайвингу. Дайверы обучены планировать и контролировать время воздействия абсорбента в скруббере и заменять его в течение рекомендованного срока. Дайвер должен следить за воздействием скруббера и при необходимости заменять его.
• Проверки перед погружением. «Предварительное дыхание» устройства перед погружением должно проводиться 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, что, как известно, ненадежно.
• Существуют датчики углекислого газа, такие системы бесполезны в качестве инструмента для контроля срока службы скруббера под водой, поскольку начало прорыва скруббера происходит довольно быстро. Такие системы следует использовать в качестве важного устройства безопасности, чтобы предупредить дайверов о необходимости немедленно покинуть петлю.
• Скрубберы могут быть спроектированы и изготовлены так, чтобы весь фронт реакции достигал конца канистры не за один раз, а постепенно, чтобы концентрация углекислого газа увеличивалась постепенно, дайвер получал предупреждение и мог спастись. до того, как последствия станут слишком серьезными.

Смягчение [ править ]

Прорыв в скруббере приводит к отравлению углекислым газом (гиперкарбии), что обычно вызывает симптомы сильного, даже отчаянного, побуждения 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.

Ошибка мониторинга кислорода [ править ]

Контроль частичного давления кислорода в дыхательном контуре обычно осуществляется с помощью электрохимических ячеек, которые чувствительны к воде на ячейке и в контуре. 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 явного предупреждения. Ячейки должны быть испытаны при максимально возможном парциальном давлении кислорода и должны быть заменены после периода использования и срока годности, рекомендованного производителем.

Профилактика [ править ]

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

Использование датчиков кислорода разного возраста снижает риск одновременного отказа всех элементов.

Смягчение [ править ]

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

Мониторинг кислорода обычно является дополнительной 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 [ править ]

Если используется более одной статистически независимой ячейки датчика кислорода, маловероятно, что одновременно выйдет из строя более одной. 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, которая выдает другой выход неисправен. Это предположение обычно верно на практике, особенно если есть некоторые различия в истории задействованных клеток. ^[25]Концепция сравнения выхода из трех ячеек в одном месте в контуре и управления газовой смесью на основе среднего выхода двух 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 не должен использоваться. 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.Сообщается как минимум об одном случае, когда две ячейки вышли из строя одинаково, а система управления выбрала оставшуюся исправную ячейку.^[26]

Если бы вероятность отказа каждой ячейки была статистически независимой от других, и каждой ячейки было бы достаточно для обеспечения безопасной работы ребризера, использование трех полностью резервированных ячеек параллельно снизило бы риск отказа на пять или шесть порядков. . ^[26]

Логика голосования это существенно 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 выходами 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 отличаются 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.^[26]

При использовании этой логики повышение надежности, достигаемое за счет использования логики голосования, когда для функционирования системы должны функционировать как минимум два датчика, значительно снижается по сравнению с версией с полным резервированием. Улучшения возможны только на один-два порядка. Это было бы большим улучшением по сравнению с одиночным датчиком, но приведенный выше анализ предполагает статистическую независимость отказа датчиков, что обычно нереально. ^[26]

Факторы, которые делают выходы ячеек в ребризере статистически зависимыми, включают: ^[26]

• Общий калибровочный газ - все они калибруются вместе при проверке перед погружением с использованием одного и того же разбавителя и подачи кислорода.
• Датчики часто производятся из одной партии - компоненты, материалы и процессы могут быть очень похожими.
• Датчики часто устанавливаются вместе, и с тех пор они подвергались воздействию одного и того же профиля температуры P _{O 2 в} течение последующего времени.
• Обычная рабочая среда, особенно в отношении температуры и относительной влажности, поскольку они обычно устанавливаются в непосредственной близости от контура, чтобы гарантировать, что они измеряют аналогичный газ.
• Общие системы измерения
• Общая прошивка для обработки сигналов

Эту статистическую зависимость можно минимизировать и смягчить следующим образом: ^[26]

• Использование датчиков от разных производителей или партий, чтобы не было двух из одной партии
• Смена датчиков в разное время, поэтому у каждого из них своя история
• Обеспечение правильности калибровочных газов
• Добавление статистически независимой системы измерения _{PO 2} в контур в другом месте, с использованием датчика другой модели и использования другой электроники и программного обеспечения для обработки сигнала.
• Калибровка этого датчика с использованием другого источника газа по сравнению с другими

Альтернативный метод обеспечения избыточности в системе управления состоит в периодической повторной калибровке датчиков во время погружения, подвергая их воздействию потока либо разбавителя, либо кислорода, либо того и другого в разное время, и используя выходной сигнал, 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. ^[26] 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 _{PO 2} в ячейке с известным F _{O 2}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 _{O 2} , или любая их комбинация. Поскольку все три из этих возможных неисправностей могут быть опасными для жизни, испытание очень мощное. ^[26]

Неисправность цепи управления впрыском газа [ править ]

Если цепь управления впрыском кислорода выходит из строя, обычный режим отказа приводит к закрытию клапанов впрыска кислорода. Если не предпринять никаких действий, дыхательный газ станет гипоксичным с потенциально фатальными последствиями. Альтернативный режим отказа - это тот, при котором клапаны впрыска остаются открытыми, что приводит к возрастанию гипероксичной газовой смеси в контуре, что может представлять опасность кислородного отравления .

Профилактика [ править ]

Возможны два основных подхода. 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 [ править ]

Большинство (возможно, все) CCR с электронным управлением имеют ручное управление впрыском. Если электронный впрыск не работает, пользователь может вручную управлять газовой смесью при условии, что контроль кислорода все еще надежно функционирует. Обычно предусмотрена сигнализация, чтобы предупредить дайвера о неисправности.

Циклическое наводнение [ править ]

Сопротивление дыханию петли может более чем утроиться, если материал скруббера затоплен. ^[27] Поглощение углекислого газа скруббером требует определенного количества влаги для реакции, но избыток ухудшит поглощение и может привести к ускоренному прорыву.

Профилактика [ править ]

Предварительная проверка на утечки и тщательная сборка являются ключом 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 атмосферного в течение нескольких минут, чтобы указать, что уплотнения предотвращают утечку в контур.

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

Смягчение [ править ]

Дайвер обычно узнает о наводнении по повышенному сопротивлению дыханию, шуму воды или накоплению углекислого газа, а иногда и по потере плавучести. Каустической коктейль , как правило , является признаком довольно обширного наводнения , и только вероятно , если есть много мелких частицы в скруббере материале, или относительно растворимого абсорбирующего материала используются.

Некоторые ребризеры имеют водоотделители, чтобы вода, попадающая через мундштук, не доходила до скруббера, а в некоторых случаях есть механизмы для удаления воды из контура во время погружения.

На некоторые скрубберы вода практически не влияет ни из-за типа абсорбирующей среды, ни из-за защитной мембраны. ^{[ необходима цитата ]}

Если все остальное терпит неудачу и петля выходит за пределы безопасных функций, дайвер может выпрыгнуть, чтобы разомкнуть цепь.

Утечка газа [ править ]

Хорошо собранный ребризер в хорошем состоянии не должен пропускать газ из дыхательного контура в окружающую среду, за исключением того, что требуется по функциональным соображениям, таким как вентиляция во время всплытия, или для компенсации или контроля добавления газа в полузакрытый ребризер.

Профилактика [ править ]

Подготовка ребризера перед использованием включает проверку уплотнений и проверки герметичности после сборки. Испытание на положительное давление проверяет, что собранный блок может поддерживать небольшое внутреннее положительное давление в течение короткого периода времени, что является признаком того, что газ не выходит из контура. Осмотр и замена мягких компонентов должны выявить повреждения до выхода из строя компонентов.

Смягчение [ править ]

Незначительная утечка газа сама по себе не является серьезной проблемой, но часто является признаком повреждения или неправильной сборки, которая впоследствии может перерасти в более серьезную проблему. Руководства по эксплуатации производителя обычно требуют, чтобы пользователь идентифицировал причину любой утечки и устранял ее перед использованием оборудования. Утечки, возникающие во время погружения, будут оценены дайв-бригадой на предмет причины и риска, но в воде с ними мало что можно сделать.

Засорение отверстия CMF [ править ]

Закупорка отверстия постоянного массового расхода является одной из наиболее опасных неисправностей этого типа полузамкнутого ребризера, поскольку она ограничивает подачу питающего газа и может привести к газовой гипоксии с высоким риском потери сознания дайвером и либо утопление, либо сухое удушье ..

Профилактика [ править ]

Осмотр и тестирование потока CMF отверстия перед каждым погружением или в каждый день погружения гарантирует, что отверстие не закупоривается из-за коррозии, а расположенный выше по потоку микрофильтр для улавливания частиц достаточно большого размера, чтобы заблокировать отверстие, значительно снизит риск блокировки во время погружения. посторонними предметами в газе. ^{[ необходима цитата ]}

В некоторых ребризерах используются два отверстия, так как это обычно гарантирует, что хотя бы одно остается работоспособным, и газ с меньшей вероятностью станет смертельно гипоксичным. ^{[ необходима цитата ]}

Смягчение [ править ]

Если содержание кислорода контролируется и дайвер обнаруживает проблему с подачей подаваемого газа, можно вручную добавить газ или вызвать срабатывание автоматического клапана разбавителя, выдыхая в окружающую среду через нос и тем самым искусственно уменьшая объем газа. в петле. Принудительное добавление газа приведет к увеличению содержания кислорода, но погружение следует прекратить, поскольку эту проблему нельзя устранить во время погружения. Эта опасность является самым веским аргументом в пользу контроля парциального давления кислорода в CMF SCR. ^{[ необходима цитата ]} .

Риск [ править ]

Процент смертей, связанных с использованием дыхательного аппарата, среди жителей США и Канады увеличился примерно с 1 до 5% от общего числа погибших при дайвинге, собранных Divers Alert Network с 1998 по 2004 гг. ^[28] Расследования смертей, связанных с дыхательным аппаратом, сосредоточены на трех основных аспектах. направления: медицинские, аппаратные, процедурные. ^[28]

Сеть Divers Alert Network (DAN) сообщает от 80 до 100 несчастных случаев со смертельным исходом на от 500 000 до 1 миллиона активных ныряльщиков в США в год. Британский подводный клуб (BSAC) и DAN по количеству несчастных случаев на открытом воздухе очень похожи, хотя в погружениях BSAC выше доля глубоких и декомпрессионных погружений.

Анализ 164 несчастных случаев со смертельным исходом, задокументированных Deeplife с 1994 по февраль 2010 года ^[29], показывает, что частота несчастных случаев со смертельным исходом составляет один случай из 243 в год, с использованием консервативного предположения о линейном росте использования ребризера и в среднем около 2500 активных участников за то время. Это более чем в 100 раз аварий со смертельным исходом, чем при подводном плавании с аквалангом. Статистика показывает, что выбор снаряжения существенно влияет на безопасность погружений.

Дальнейший анализ этих смертей с ребризером ^[30] обнаружил значительные неточности в исходных данных. Обзор показывает, что риск смерти при нырянии с ребризером составляет около 5,33 смертей на 100000 погружений, что примерно в 10 раз превышает риск подводного плавания с аквалангом или верховой езды, в пять раз больше риска прыжков с парашютом или дельтапланеризма, но составляет одну восьмую риска. бейсджампинга. Не было обнаружено значительных различий при сравнении mCCR с eCCR или между марками ребризеров с 2005 года, но точная информация о количестве активных дайверов с ребризерами и количестве единиц, проданных каждым производителем, недоступна. Исследование также пришло к выводу, что большая часть повышенной смертности, связанной с использованием CCR, может быть связана с использованием на большей, чем средняя глубина, для любительского дайвинга, а также с поведением, связанным с высоким риском. пользователями, и что большая сложность CCR делает их более склонными к отказу оборудования, чем оборудование OC.

EN 14143 (2009) (Респираторное оборудование - Автономный дыхательный аппарат с повторным дыханием [Орган: Европейский Союз в соответствии с Директивой 89/686 / EEC]) требует, чтобы производители выполнили анализ режима отказа, последствий и критичности (FMECA), но публиковать результаты не требуется, поэтому большинство производителей хранят свой отчет FMECA в тайне. EN 14143 также требует соблюдения EN 61508 . Согласно отчету Deep Life ^[29], это не реализуется большинством производителей ребризеров, что имеет следующие последствия:

• не было показано, что ни один из существующих дыхательных аппаратов способен выдержать один наихудший отказ.
• пользователи не имеют информации о безопасности оборудования, которое они используют.
• общественность не может изучить выводы FMECA и оспорить сомнительные выводы.
• нет общедоступных данных FMECA, которые можно было бы использовать для разработки более совершенных систем.

Анализ деревьев вероятности отказов для подводного плавания с разомкнутой цепью показывает, что использование параллельной или резервированной системы снижает риск значительно больше, чем повышение надежности компонентов в одной критической системе. ^[31] Эти методы моделирования риска были применены к CCR и показали риск отказа оборудования примерно в 23 раза по сравнению с коллекторным двухцилиндровым комплектом разомкнутой цепи. ^[30]Когда имеется достаточный резервный запас дыхательного газа в виде акваланга с открытым контуром, риск механического отказа комбинации становится сопоставим с таковым для открытого контура. Это не компенсирует плохое обслуживание и неадекватные проверки перед погружением, поведение с высокой степенью риска или неправильную реакцию на сбои. Человеческая ошибка, по-видимому, является основной причиной несчастных случаев. ^[30]

Приборы и дисплеи [ править ]

Приборы могут варьироваться от минимальной глубины, времени и остаточного давления газа, необходимых для кислородного ребризера замкнутого контура или полузамкнутого ребризера найтрокса, до резервных электронных контроллеров с несколькими датчиками кислорода, резервных интегрированных компьютеров для декомпрессии, датчиков мониторинга углекислого газа и проекционного дисплея предупредительных и сигнальных ламп со звуковой и вибрационной сигнализацией.

Отказоустойчивая конструкция [ править ]

Отказоустойчивость - это свойство, которое позволяет системе продолжать работать должным образом в случае отказа некоторых ее компонентов. Если его рабочее качество вообще снижается, это снижение пропорционально серьезности сбоя по сравнению с наивно спроектированной системой, в которой даже небольшой сбой может вызвать полную поломку. Отказоустойчивость особенно важна в системах с высокой доступностью или критически важных для безопасности системах . Возможность поддерживать функциональность при выходе из строя частей системы называется постепенной деградацией. ^[32]

Базовый кислородный ребризер с замкнутым контуром - очень простое и механически надежное устройство, но оно имеет серьезные эксплуатационные ограничения из-за токсичности кислорода. Подходы к безопасному увеличению диапазона глубин требуют переменной смеси дыхательных газов. Полузакрытые ребризеры, как правило, неэффективны для декомпрессии и не совсем предсказуемы для состава газа по сравнению с точно регулируемыми ребризерами с замкнутым контуром. Наблюдать за составом газа в дыхательном контуре можно только с помощью электрических датчиков, в результате чего надежность электронных датчиков под водой попадает в категорию критически важных для безопасности компонентов. ^[33]

Официальной статистики по частоте отказов подводной электроники нет, но вполне вероятно, что человеческая ошибка встречается чаще, чем частота ошибок электронных подводных компьютеров, которые являются основным компонентом управляющей электроники ребризера, которая обрабатывает информацию из нескольких источников и имеет алгоритм. для управления соленоидом впрыска кислорода. Герметичный комплект подводного компьютера существует достаточно давно, чтобы модели более высокого качества стали надежными и прочными по конструкции и конструкции. ^[33]

Ребризер с электронным управлением - сложная система. Блок управления получает входные данные от нескольких датчиков, оценивает данные, вычисляет соответствующее следующее действие или действия, обновляет состояние системы и отображает и выполняет действия, в некоторых случаях используя обратную связь в реальном времени для адаптации управляющего сигнала. ^[33] Входы включают один или несколько датчиков давления, кислорода и температуры, часы и, возможно, датчики гелия и углекислого газа. Также имеется аккумуляторный источник питания и пользовательский интерфейс в виде визуального дисплея и, возможно, звуковая и вибрационная сигнализация. ^[33]

При минимальном eCCR система очень уязвима. Одиночная критическая неисправность может потребовать ручных процедур по устранению неисправности или необходимости перейти на альтернативную подачу дыхательного газа. Некоторые неисправности могут иметь фатальные последствия, если их не заметить и не устранить очень быстро. К критическим сбоям относятся источник питания, неизбыточный датчик кислорода, соленоид или блок управления. ^[33]

Механические компоненты относительно прочные и надежные, имеют тенденцию к некатастрофическому износу, а также громоздкие и тяжелые, поэтому электронные датчики и системы управления были компонентами, где обычно требовалось повысить отказоустойчивость. Отказы кислородных ячеек были особой проблемой с предсказуемо серьезными последствиями, поэтому использование множественной избыточности при мониторинге парциального давления кислорода было важной областью развития для повышения надежности. Проблемой в этом отношении является стоимость и относительно короткий срок службы кислородных датчиков, а также их относительно непредсказуемый выход из строя и чувствительность к окружающей среде. ^[33]

Чтобы автоматически обнаруживать и идентифицировать неисправность кислородного датчика, либо датчики должны быть откалиброваны с использованием известного газа, что очень неудобно в большинстве случаев во время погружения, но возможно как случайный тест, когда подозревается неисправность, либо можно сравнить несколько ячеек. и сделано предположение, что ячейки с почти идентичным выходом работают правильно. Эта логика голосования требует минимум трех ячеек, и надежность возрастает с увеличением числа. ^[33]Чтобы объединить резервирование ячеек со схемой мониторинга, схемой управления и резервированием дисплея, все сигналы ячеек должны быть доступны для всех цепей мониторинга и управления в нормальных условиях. Это может быть сделано путем разделения сигналов на аналоговом или цифровом каскаде - выходное напряжение ячейки может подаваться на вход всех блоков мониторинга, или напряжения некоторых ячеек могут подаваться на каждый монитор, а обработанные цифровые сигналы разделяются. Совместное использование цифровых сигналов может упростить изоляцию дефектных компонентов в случае короткого замыкания. Минимальное количество ячеек в этой архитектуре - две на блок мониторинга, с двумя блоками мониторинга для резервирования, что больше, чем минимум три для базовой логической возможности голосования. ^[33]

Три аспекта отказоустойчивого ребризера - это избыточность оборудования, надежное программное обеспечение и система обнаружения неисправностей. Программное обеспечение является сложным и включает несколько модулей со своими собственными задачами, такими как измерение парциального давления кислорода, измерение давления окружающей среды, управление впрыском кислорода, расчет состояния декомпрессии и пользовательский интерфейс отображения состояния и информации, а также ввод данных пользователем. Можно отделить оборудование пользовательского интерфейса от блока управления и мониторинга таким образом, чтобы система управления могла продолжать работать, если относительно уязвимый пользовательский интерфейс скомпрометирован. ^[33]

Процедуры [ править ]

Процедуры, необходимые для использования данной модели ребризера, обычно подробно описаны в руководстве по эксплуатации и программе обучения для этого ребризера, но существует несколько общих процедур, которые являются общими для всех или большинства типов.

Сборочные и предварительные функциональные тесты [ править ]

Перед использованием канистра скруббера должна быть заполнена правильным количеством абсорбирующего материала, а устройство проверено на герметичность. Обычно проводят два испытания на герметичность. Они обычно известны как испытания на положительное и отрицательное давление и проверяют, что дыхательный контур герметичен для внутреннего давления ниже и выше, чем снаружи. Проверка на положительное давление гарантирует, что установка не будет терять газ во время использования, а проверка на отрицательное давление гарантирует, что вода не будет просачиваться в дыхательный контур, где она может разрушить среду скруббера или датчики кислорода.

Предварительное дыхание устройством (обычно около 3 минут) незадолго до входа в воду является стандартной процедурой. Это гарантирует, что материал скруббера получит возможность прогреться до рабочей температуры и будет работать правильно, а парциальное давление кислорода в ребризере замкнутого цикла контролируется правильно. ^[34]

• Проверка на герметичность Mk16

• Предварительные тесты

• Mk 16 с HUD

• Предварительные проверки сопротивления дыханию

• Подготовка к использованию - заполнение канистры скруббера натрием

Стандартные рабочие процедуры во время погружения [ править ]

Парциальное давление кислорода имеет решающее значение для CCR и контролируется через частые промежутки времени, особенно в начале погружения, во время спуска и во время всплытия, когда риск гипоксии наиболее высок.

Накопление углекислого газа также представляет серьезную опасность, и большинство ребризеров не имеют электронного контроля углекислого газа. Дайвер должен всегда обращать внимание на признаки этой проблемы. ^[34]

Напарник-дайвер должен оставаться с дайвером-ребризером, который должен принять экстренные меры до тех пор, пока дайвер безопасно не всплывет, поскольку именно в это время напарник, скорее всего, понадобится.

Восстановление содержания кислорода в петле [ править ]

Многие организации по обучению дайверов обучают технике «промывки разбавителем» как безопасному способу восстановления смеси в контуре до уровня кислорода, который не является ни слишком высоким, ни слишком низким. Он работает только тогда, когда парциальное давление кислорода в разбавителе само по себе не вызывает гипоксию или гипероксию , например, при использовании нормоксичного разбавителя и соблюдении максимальной рабочей глубины разбавителя . Техника предполагает одновременное удаление воздуха из петли и введение разбавителя. Это вымывает старую смесь и заменяет ее кислородом в известной пропорции.

Осушение петли [ править ]

Независимо от того, имеет ли рассматриваемый ребризер возможность улавливать любое попадание воды, тренировка с ребризером будет включать процедуры по удалению излишков воды.

Действия в чрезвычайных ситуациях [ править ]

Спасение открытого цикла [ править ]

Аварийный выход на открытый контур обычно считается хорошим вариантом, когда есть неуверенность в том, в чем проблема и можно ли ее решить.

Процедура спасения зависит от деталей конструкции ребризера и оборудования, выбранного дайвером. Возможны несколько методов:

• Аварийное отключение до разомкнутой цепи путем переключения аварийного клапана мундштука в разомкнутый контур. Это легко сделать и хорошо работает даже тогда, когда дайвер гиперкапнический, поскольку нет необходимости задерживать дыхание.
• Аварийный выход на разрыв цепи путем открытия аварийного клапана, уже подключенного к полнолицевой маске, или в некоторых случаях путем дыхания через нос. Это также не требует снятия мундштука. Требуется подходящая анфас полнолицевая модель.
• Аварийное отключение до разомкнутой цепи путем закрытия и замены мундштука ребризера на отдельный регулирующий клапан. Это просто, но дайвер должен задерживать дыхание при переключении мундштука, что может быть невозможно в случае гиперкапнии.
• Спасение от дыхательного аппарата путем закрытия мундштука и переключения на мундштук независимого ребризера. На самом деле это не спасение от разомкнутого контура, но имеет логистические преимущества при погружениях, когда объем газа, достаточного для открытого контура для достижения поверхности, может быть чрезмерным, а второй ребризер менее громоздкий. Может быть промежуточная стадия, когда дайвер выскакивает, чтобы открыть контур на разбавляющем газе при подготовке аварийного ребризера.

Подача аварийного газа может происходить из баллона дилуента ребризера, из независимых баллонов или, в случае глубин менее примерно 6 м, из баллона с кислородом ребризера. Во всех случаях при аварийном отключении контур ребризера должен быть изолирован от воды, чтобы избежать затопления и потери газа, которые могут отрицательно повлиять на плавучесть. Может возникнуть необходимость закрыть клапаны подачи газа, чтобы не допустить продолжения подачи газа в контур неисправной системы управления, что также может отрицательно повлиять на плавучесть, что может сделать невозможным для дайвера оставаться на правильной глубине для декомпрессии.

Аварийные сигналы и неисправности [ править ]

Сигнализация может быть предусмотрена для нескольких неисправностей. Сигнализация управляется электроникой и, следовательно, зависит от сигнала датчика. Они могут включать: ^{[ необходима цитата ]}

• Отказ системы управления.
• Отказ одного или нескольких датчиков.
• Низкое парциальное давление кислорода в контуре.
• Высокое парциальное давление кислорода в контуре.
• Газ, отличный от чистого кислорода в системе подачи кислорода. (необычный)
• Высокий уровень углекислого газа в контуре. (необычный)
• Надвигающийся прорыв скруббера (необычно)

Отображение сигналов тревоги: ^{[ необходима ссылка ]}

• Видимый (цифровые дисплеи, мигающие светодиоды)
• Звуковой (зуммер или тон-генератор)
• Тактильные (вибрации)
• Дисплеи панели управления (обычно с цифровым считыванием значения и статуса измеряемого параметра, часто с мигающим или мигающим дисплеем)
• Проекционные дисплеи (обычно это светодиодный дисплей с цветовой кодировкой, иногда предоставляющий дополнительную информацию по частоте мигания).

Если срабатывает сигнализация ребризера, высока вероятность того, что газовая смесь отклоняется от заданной. Есть большой риск, что вскоре он станет непригодным для поддержки сознания. Хорошей общей реакцией является добавление газа-разбавителя в контур, поскольку он, как известно, пригоден для дыхания. Это также снизит концентрацию углекислого газа, если она высока.

• Подъем без выявления проблемы может увеличить риск потери сознания при гипоксии.
• Если парциальное давление кислорода неизвестно, нельзя доверять, что ребризер пригоден для дыхания, и дайвер должен немедленно перейти в открытый контур, чтобы снизить риск потери сознания без предупреждения ^[34]

Обучение [ править ]

Обучение использованию ребризеров состоит из двух компонентов: общее обучение для класса ребризеров, включая теорию работы и общие процедуры, и специальное обучение модели ребризера, которое охватывает детали подготовки, тестирования, обслуживания пользователя и устранения неисправностей. , а также те детали нормальных рабочих и аварийных процедур, которые характерны для данной модели ребризера. Для перехода от одной модели к другой обычно требуется только второй аспект, если оборудование схоже по конструкции и работе. ^{[ необходима цитата ]}

Военные организации обычно используют небольшое количество моделей. Обычно это кислородный ребризер для пловцов-атакующих и ребризер на смешанном газе для дайвинг-работ, что упрощает обучение и логистические требования. ^{[ необходима цитата ]}

Дайвинг с ребризером в развлекательных целях обычно классифицируется как технический дайвинг, и обучение проводится агентствами по сертификации технических дайверов. Обучение научных дайверов работе с ребризерами обычно проводится теми же агентствами по обучению технических дайверов, поскольку использование ребризеров научным дайвинг-сообществом обычно недостаточно, чтобы оправдать отдельное внутреннее обучение. ^{[ необходима цитата ]}

Приложения для рекреационного и научного дайвинга основаны на гораздо более широком диапазоне моделей, и любое данное учебное агентство по техническому дайвингу может выдавать сертификаты на произвольное количество ребризеров в зависимости от навыков их зарегистрированных инструкторов. Большинство производителей рекреационных ребризеров требуют, чтобы обучение на их оборудовании основывалось на обучении, проводимом производителем, т. Е. Инструкторы-инструкторы обычно сертифицированы производителем. ^{[ необходима цитата ]}

Ребризеры для шлема стандартного водолазного костюма [ править ]

В 1912 году немецкая фирма Drägerwerk из Любека представила свою собственную версию стандартной водолазной одежды с подачей газа от кислородного ребризера и без подачи на поверхность. В системе использовались медный водолазный шлем и стандартный тяжелый водолазный костюм. Дыхательный газ циркулировал с помощью инжекторной системы в контуре. Это было усовершенствовано с помощью шлема Modell 1915 "Bubikopf" и кислородного ребризера DM20 для глубины до 20 м, а также ребризера смешанного газа DM40, который использовал кислородный баллон и воздушный баллон для подачи газа. ^[35]

ВМС США разработали вариант системы Mark V для гелиокс-дайвинга. Они были успешно использованы во время спасения экипажа и утилизации USS Squalus в 1939 году. Шлем для смешанного газа Mark V Mod 1 ВМС США основан на стандартном шлеме Mark V с канистрой газоочистителя, установленной на задней части шлема. и систему впрыска газа на входе, которая рециркулирует дыхательный газ через скруббер для удаления диоксида углерода и, таким образом, сохранения гелия. В гелиевом шлеме используется тот же нагрудник, что и в стандартном Mark V, за исключением того, что запорный механизм перемещен вперед, отсутствует слюнный кран, есть дополнительное электрическое соединение для подогрева нижнего белья, а в более поздних версиях - двух- или трехступенчатый выпускной клапан. был установлен, чтобы снизить риск затопления скруббера.^[36] Подача газа у водолаза контролировалась двумя клапанами. «Шланговый клапан» управлял потоком через инжектор к «аспиратору», который циркулировал газ из шлема через скруббер, и главный регулирующий клапан, используемый для аварийного отключения, для размыкания контура, промывки шлема и для дополнительного газа при тяжелой работе или спуске. . Скорость потока форсунки была номинально 0,5 кубических футов в минуту при давлении на 100 фунтов на квадратный дюйм выше окружающего давления, при котором через скруббер пропускался 11-кратный объем впрыскиваемого газа. ^[37]

Обе эти системы были полузакрытыми и не контролировали парциальное давление кислорода. Они оба использовали систему инжектора для рециркуляции дыхательного газа и не увеличивали работу дыхания.

Рекреационные дайвинг инновационные технологии ребризеров [ править ]

Технология ребризеров значительно продвинулась, что часто обусловлено растущим рынком оборудования для любительского дайвинга. Нововведения включают:

• Сам электронный, полностью замкнутый контур ребризера - использование электроники и электрогальванических датчиков кислорода для контроля концентрации кислорода в контуре и поддержания определенного парциального давления кислорода
• Автоматические клапаны дилуента - они впрыскивают газ-разбавитель в контур, когда давление в контуре падает ниже предела, при котором дайвер может комфортно дышать. По сути, это клапаны для подводного плавания с относительно низкой чувствительностью и скоростью потока.
• Клапаны для погружения / всплытия или аварийные клапаны - устройство в мундштуке на петле, которое подключается к аварийному клапану по запросу и может быть переключено на подачу газа из петли или клапана по запросу, при этом дайвер не вынимает мундштук изо рта. Важное предохранительное устройство при отравлении углекислым газом . ^[38]
• Интегрированные с газом декомпрессионные компьютеры - они позволяют дайверам использовать фактическую газовую смесь, измеренную одной или несколькими кислородными датчиками в реальном времени, для создания расписания декомпрессии в реальном времени.
• Системы контроля срока службы скруббера с углекислым газом - датчики температуры отслеживают продвижение фронта реакции натронной извести и указывают, когда скруббер будет исчерпан. ^[23]
• Системы мониторинга углекислого газа - газоанализатор и интерпретирующая электроника, которые обнаруживают присутствие углекислого газа в уникальной среде контура ребризера.
• Несколько заданных значений автоматически выбираются по глубине - электронные системы управления ребризером могут быть запрограммированы на изменение заданных значений выше и ниже выбираемых предельных глубин, чтобы ограничить воздействие кислорода во время рабочего погружения, но увеличить предел во время декомпрессии выше предельной глубины, чтобы ускорить декомпрессию.

См. Также [ править ]

• Оборудование для жизнеобеспечения дайверов с допуском CDLSE .
• Полнодиапазонная кислородная газовая система FROGS .
• Ребризер KISS
• Скруббер из двуокиси углерода

Ссылки [ править ]

Источники [ править ]

• История кислородных аппаратов для подводного дыхания с замкнутым контуром , опубликованная в 1970 году, множество изображений, включая альпинистские ребризеры, могут загружаться медленно.
• Домашняя страница Текнософена Страница по теме Ребризера Оке

Внешние ссылки [ править ]

• Rebreather Scuba Diving В мире ребризеров содержится дополнительная информация о ребризерах.