Регулятор очень важный прибор для ныряльщика. К их производству предъявляются жесткие требования. Все регуляторы проходят тест на соответствие международному стандарту (EN 250), что служит гарантией безопасной и безотказной работы. Различные особенности конструкции, применяемые производителями, обуславливают параметры регуляторов. Если в качестве основного рабочего элемента применяется мембрана, давление в камере первой ступени падает медленнее и сопротивление дыханию меньше.
Такое же влияние на этот параметр оказывает эффект Вентури, он еще и увеличивает общую производительность регулятора. Устройство клапанного механизма, при котором давление в камере редуктора повышается на ту же величину, что и давление окружающей воды, приводит к тому, что открытие-закрытие клапана не зависит от давления баллонного воздуха, и усилия для открытия клапана нужно приложить меньше. Сбалансированность элементов дыхательного автомата приводит к тому, что на клапан второй ступени не влияет установочное давление регулятора, и усилия для его открытия приложить на клапан потребуется меньше.
Рассмотрим достижения конструкторов чуть подробнее, чтобы выяснить достоинства и недостатки моделей, выяснить, насколько современные регуляторы близки к идеалу. Одним из достижений является то, что глубина и баллонное давление не оказывают влияние на работу регулятора. Это нужно потому, что регулятор должен стабильно поставлять воздушную смесь дайверу в любых условиях, обеспечивая комфортность дыхания и безопасность. То есть объем воздушной смеси, подаваемой на вдох не должен зависеть от баллонного давления и глубины.
Объем воздушной смеси (Qv) определяется как скоростью ее движения (Vv), так и величиной сечения клапана (Sk). Qv=Vv*Sk, скорость же вычисляется, как функция перепада давления над (Pn) и под (Pp) клапанным отверстием: Vv= f (Pn — Pp). Давление под клапаном будет равным сумме установочного давления редуктора (далее УДР) и внешнего давления, а давление над клапаном — это баллонное давление, если оно уменьшается, то разность тоже значительно уменьшается. Баллонное давление может быть 50-220 бар. Как видно из формул, в случае падения баллонного давления, скорость движения воздуха через клапанное отверстие падает соответственно, прямо пропорционально зависящий от нее объем уменьшается, в результате возрастает величина сопротивления дыханию.
Механизмы регулятора в идеале должны скомпенсировать снижение скорости. Если посмотреть на первую формулу, то будет абсолютно ясно, что сделать это можно за счет увеличения клапанного сечения. Если с уменьшением скорости пропорционально будет увеличиваться эффективное сечение, то объем останется постоянным. Этот принцип положен в основу таких регуляторов Aqua Lung, как Titan, Cousteau, схема такого клапана дана на рисунке выше.
Механизм этого клапана тоже является сбалансированным, конструктивное отличие его в том, что направляющая с балансировочной камерой внутри находится между двумя пружинами и перепад давлений (Pn — Pp)=∆Р уже будет зависеть от силы упругости обеих пружин. То есть ∆Р* Sk=∆F, где ∆F=Fупр2-Fупр1. Баллонное давление падает, падает разность давлений, вторая пружина толкает направляющую наверх, сжимая первую пружину. Ход и сечение клапана при этом увеличивается. То есть при уменьшении баллонного давления, растет клапанное сечение, а объем в результате остается постоянным.
Теперь посмотрим, какие особенности конструкции позволяют компенсировать влияние глубины. Примем допущение, что объем воздуха в редукторе от глубины не зависит. Из редуктора смесь через шланг проходит в клапан второй ступени и оказывается в камере. Схема представлена на рисунке ниже. Разница давлений будет равна УДР. Скорость воздуха будет определяться формулой Vv= f (∆P), где ∆Р= (Pкам — Pокр. ср.) =. (Pуст).
Но кроме перепада давлений на скорость еще действует сила трения (обратно пропорционально). При увеличении глубины плотность воздушного потока, проходящего через регулятор, повышается, а, значит, растет вязкость, следовательно, трение и уменьшается скорость. Как видно из формулы, уравновесить повышения плотности можно, повышая с глубиной ∆P, то есть по установочное давление.
Конструктивное решение для этого нашлось. Такой регулятор производители гордо именуют интеллектуальным, имея на это полное право. Если проследить историю создания регуляторов, то можно кратко выделить следующие этапы: этап одноступенчатых и совмещенных регуляторов, этап двухступенчатых противоточных регуляторов, этап двухступенчатых поточных регуляторов, этап сбалансированных, комфортных для дыхания регуляторов (современные модели).
Наконец, пятый этап, сверхсбалансированные, интеллектуальные регуляторы, которые можно использовать на любых глубинах. По сути, универсальные приборы. Компания Aqua Lung выпускает такие модели — Legend. В «Легенде» УДР не остается постоянным, как в сбалансированных регуляторах, а растет с глубиной, что уравновешивает рост плотности и вязкости. Дыхание остается комфортным и легким. Этого добились всего лишь за счет увеличения сечения силиконовой мембраны, прикрывающей сухую камеру. Вторая ступень регулятора тоже разработана специально для него и не реагирует на повышение УДР, как предохранитель. При всем стоимость Legend вполне доступна.
Однако, каким бы совершенным не был регулятор, какие бы новаторские технологии не использованы были в его конструкции, за надежность и бесперебойную работу прибора отвечает не только производитель, но и дайвер. Следует четко выполнять инструкции по использованию, обслуживанию и хранению регулятора, а для этого, конечно, необходимо знать основные принципы его работы, которые, надеемся, стали понятнее из этой статьи. Физические явления, лежащие в основе работы приборов, не выходят за рамки школьной физики, но чрезвычайно интересно рассматривать их на практике.
