Компания Aqua Lung — один из известнейших производителей регуляторов для дайвинга. Она производит регуляторы для разных типов погружения, которые, тем не менее, имеют нечто общее в своей конструкции. На видах регуляторов и конструкции остановимся подробнее. Общие принципы устройства всех современных моделей примерно одинаковы — это двухступенчатая конструкция.
Первая ступень или редуктор снижает давление баллонной смеси (сжатого воздуха) до среднего значения. На второй ступени или в автомате для дыхания давление приходит в равновесие с внешним, таким воздухом человек уже может дышать. Разницу между давлением в первой и второй ступени (внешней среды) и называют установочным давлением регулятора (далее УДР), на поверхности УДР и промежуточное давление равны.
Все редукторы делятся на мембранные и поршневые в зависимости от установленного управляющего механизма, на сбалансированные и сверхсбалансированные в зависимости от отношения к давлению внешней среды. Также, в зависимости от того, как клапан редуктора реагирует на давление баллонного воздуха, мембранные и поршневые редукторы бывают простые (несбалансированные) и опять-таки сбалансированные.
Виды сбалансированности.
Большинство регуляторов обладают гидростатической сбалансированностью, то есть относительно давления столба воды. При увеличении глубины на 10 метров давление воды повышается на 1 бар, одновременно, в результате особенностей конструкции, повышается на 1 бар давление в редукторе, таким образом, УДР не меняется, вторая ступень испытывает равную нагрузку на любой глубине.
К примеру, УДР Titan, равное на поверхности давлению в камере первой ступени, составляет 9,2 бар. Погрузив аппарат на глубину 30 метров (давление окружающей среды повышается на 3 бара), мы получаем давление в камере 9,2 +3 = 12,2 бар. УДР = 12,2 (в камере) -3 (давление столба воды) = 9,2 бар.
По гидростатической сбалансированности выделяют вторую группу регуляторов — сверхсбалансированные (к примеру, Legend), у которых УДР возрастает с увеличением толщи водного столба. В таком регуляторе, при УДР на поверхности те же 9,2 бара, на глубине 20 метров давление в камере будет уже 12,3 бара, а УДР = 12,3 (камера) — 2 (окружающая среда) = 10,3 бар, а не 9,2, как у сбалансированных.
Второй вид сбалансированности определяют по реакции редукторного клапана на давление смеси в баллоне. Если работа клапана редуктора не зависит от этого давления, такой тип называется сбалансированным, если же зависит, то это несбалансированный регулятор. На особенностях различных типов регуляторов остановимся чуть подробнее.
Несбалансированный поршневой.
Примером такой модели Aqua Lung может служить New Calypco, который представлен на рисунке.
Снизу управляющего механизма — поршня (поз. 1) имеется клапан, в торце укреплена его съемная подушка (поз. 2), в корпусе намертво закреплено клапанное седло (поз. 3). При отсутствии нагрузки на регулятор клапан открыт, и поршень отжимается пружиной (поз. 4). Когда открывается баллонный вентиль, сжатая дыхательная смесь проходит через фильтр (поз. 5) и попадает в камеру ВД (поз. 6) . Затем через клапан в полость (поз. А) камеры редуктора (поз. 7). Потом смесь проходит через сквозной канал (поз. В) поршня (поз. 1) и входит в следующую полость (поз. С) камеры редуктора СД (поз. 7).
Когда давление в камере (поз. 7) достигает значения 9,2 бар, на поверхности сила давления воздуха на поршень становится больше усилия пружины (поз. 4) и давления на съемную подушку клапана сжатой воздушной смеси, выходящей из баллона, поэтому происходит закрытие клапана. При вдохе в первой полости камеры первой ступени (поз. А) воздух разряжается, падает давление во второй полости (поз. С), поршень (поз. 1) поднимается вверх, отжимаемый пружиной (поз. 4), в результате проходит дыхательная смесь для вдоха. Когда вдох заканчивается, камера (поз. 7) снова наполняется смесью, давление становится равным установочному, происходит закрытие клапана.
Клапан открывается под действием давления сжатой баллонной смеси, которое оказывает помощь пружине. Если это давление будет небольшим, то открытие клапана будет проходить дольше и, соответственно, медленней будет наполняться воздухом первая ступень. Так называемая несбалансированность. У этой системы есть как недостатки, так и преимущества. Дайвер должен подниматься на поверхность, имея в баллоне запас не менее 50 бар, дыхание будет вполне комфортным. К тому же, это своеобразный контроль, дублирующий показания манометра, увеличение сопротивления при вдохе — показатель к немедленному началу всплытия.
По второй градации New Calypco относится к гидростатически сбалансированным. При погружении в воду она проходит через отверстия (поз. 8) и оказывается в гидростатической камере (поз. 9). В результате давления воды, поршень (поз. 1) смещается ко второй полости (поз. С) камеры, клапан открывается. В камеру первой ступени поступает излишек дыхательной смеси, который закрывает клапан, увеличение давления в камере оказывается равным давлению толщи воды.
Существуют несбалансированные поршневые регуляторы, в которых гидростатическая камера залита особым составом (например, силиконовым маслом), а отверстия закрывает мембрана. Давление внешней среды будет передаваться через эту мембрану и силикон, что защищает первую ступень регулятора от действия холодной воды. New Calypco можно использовать для холодных погружений без наличия силиконовой изолирующей камеры.
New Calypco имеет весьма высокие параметры, почти как у самых удачных мембранных регуляторов. Общая работа регулятора равна 0,92 Дж/л, то есть почти в два раза меньше, чем у предыдущих поршневых моделей. Съемное седло регулятора (поз. 3) выполнено из нержавеющей стали, что увеличивает его прочность. Седло очень просто заменяется. В этом преимущество Нью Калипсо перед моделями, у которых седло составляет одно целое с латунным корпусом, следовательно, больше подвержено повреждениям и для замены требует замены всего корпуса.
К недостаткам этого регулятора можно отнести сильные нагрузки на подушку седла клапана, которые в итоге приводят к невозможности клапану держать установочное давление (регулятор «травит»). При плановом ТО подушка, кольца, фильтр нуждаются в замене. УДР поршневых моделей часто регулируют с помощью установки под пружину шайб, для чего приходится разобрать регулятор. В New Calypco значение УДР задано конструкцией прибора и не регулируется, что удобно для ТО.
Сбалансированный поршневой.
В настоящее время Aqua Lung не выпускает сбалансированные поршневые модели. Выпуск прекратился в конце прошлого века из-за сложности устройства и дороговизны, которая при производстве несбалансированных поршневых регуляторов для холодных погружений выше, чем у мембранных, при том, что рабочие параметры поршневых хуже.
Важным для регулятора является значение падения давления в камере первой ступени во время вдоха, которое показывает, до каких значений должно упасть давление, чтобы произошло открытие клапана, воздух пошел во вторую ступень. Чем оно меньше, тем быстрее реакция регулятора при вдохе. Значение можно измерить, установив 3/8 дюймовый манометр НД. У поршневых регуляторов значение падения давления в камере не может быть менее 1 бар, а у мембранных оно не более 0,5 бар.
Поэтому имеет смысл выпускать только поршневые несбалансированные регуляторы, которые берут своей дешевизной и простотой конструкцией или уже мембранные. Однако, многие ныряльщики до сих пор пользуются сбалансированными поршневыми регуляторами. Последняя подобная модель Aqua Lung — Pioneer представлена на рисунке.
Управляющий элемент регулятора — поршень (поз. 1), в корпусе жестко закреплена клапанная подушка (поз. 2), седлом клапана служит его торец. Когда на регулятор не под нагрузкой, поршень отжимается с помощью пружины (поз. 3) и клапан открывается. Когда начинается подача дыхательной смеси, она проходит последовательно через фильтр (поз. 4) в камеру ВД (поз. 5), через клапан и поршневой канал (поз. 6) в камеру первой ступени (поз. 7).
Когда давление в камере первой ступени становится равным 9,2 бар, сила давления воздуха сверху на поршень становится выше усилия пружины (поз. 30), поэтому клапан закрывается. При вдохе в камере (поз. 7) происходит разряжение воздуха, следовательно, падает давление, и усилие пружины отжимает поршень, он открывает клапан, дыхательная смесь подается для вдоха. После его окончания камера первой ступени вновь наполняется воздушной смесью до 9,2 бар. (УДР), клапан снова закрывается.
То есть давление баллонного воздуха влияния на клапан не оказывает, от количества воздуха усилие дыхания не зависит. По гидростатической сбалансированности Пионер относится к сбалансированным. Во время погружения толща воды оказывает давление на мембрану (поз. 8) гидростатической изолирующей камеры (поз. 9), которая заливается силиконовым маслом. На поршень (поз. 1) давление передается через мембрану и силиконовую камеру, в результате поршень смещается в к камере первой ступени, клапан открывается, в камеру поступает избыточное количество воздушной смеси, которое закрывает клапан и уравнивает давление воды.
При увеличении давления воды увеличивается и значение давления камеры редуктора. Силиконовая изолирующая камера препятствует проникновению воды в редуктор, отсюда его высокая стойкость к обмерзанию. В регуляторах, где гидрокамера открыта для проникновения воды, мембрана заменяется отверстиями. Их можно использовать только для погружений в теплую водную среду (не меньше 10 º С).
Главным недостатком конструкции сбалансированного поршневого регулятора является то, что изолирующее камеру ВД уплотнительное кольцо (поз. 10) берет на себя все нагрузки и быстро изнашивается, что приводит к «стравливанию» воздушной смеси во время погружения. Подушка тоже подвержена порче и в конечном итоге перестает держать УДР, что приводит к free flow.
Поэтому кольца, фильтр и подушку седла клапана нужно периодически заменять (во время ТО). В Pioneer УДР не регулируется и определено конструкцией, в других моделях сбалансированных поршневых оно регулируется с помощью шайб, которые надо устанавливать, разбирая прибор.
Несбалансированный мембранный.
Несбалансированные мембранные регуляторы отличаются худшими техническими параметрами и более высокой ценой, чем сбалансированные, поэтому эти модели почти не выпускаются. Кратко рассмотрим особенности.
Конструкция регулятора включает в себя камеру первой ступени (поз. 3), отделенную мембраной (поз. 4) от гидростатической камеры (поз. 12), камеру ВД (поз. 2). Пружина (поз. 5) закреплена гайкой (поз. 11) в гидростатической камере. Гайка определяет силу сжатия пружины и давление, которое та оказывает на мембрану. Под действием пружины мембрана прогибается внутрь камеры первой ступени (поз. 3) и изменяет давление в ней, таким образом регулируется УДР.
Клапан (поз. 8) камеры ВД (поз. 2) управляется пружиной (поз. 9), а через толкатель (поз. 12) с клапаном (поз. 8) связана мембрана. При вдохе во время погружения воздух в камере первой ступени разряжен, мембрана прогибается внутрь и, посредством толкателя (поз. 10), открывается клапан. Воздух попадает во вторую ступень через порт СД (поз. 7). Когда вдох заканчивается, редукторная камера вновь заполняется воздухом до УДР, мембрана возвращается в первоначальное положение, клапан закрывается.
Клапан в этой конструкции зависит от мембраны и пружины (поз. 5), оказывающей на нее давление, а еще и от пружины (поз. 9) и значения давления баллонного воздуха (чем оно больше, тем больше силы нужно приложить для открытия клапана). Чтобы снизить влияние давления смеси на клапан, клапанное отверстие делается маленьким, что уменьшает эксплуатационную мощность регулятора.
По гидростатической сбалансированности такой регулятор будет сбалансированным. Через отверстие в гайке (поз. 11) вода оказывается в гидростатической камере, и ее давление прогибает в камеру первой ступени (поз. 3) мембрану (поз. 4). Клапан (поз. 8) открывается, а давление в камере увеличивается на то значение, с которым давит вода, поэтому мембрана возвращается в первоначальное положение и закрывает клапан.
Сбалансированный мембранный.
Aqua Lung выпускает модели сбалансированных мембранных регуляторов — Titan и его облегченную версию — Cousteau. Регулятор Титан представлен на рисунке.
Его рабочим механизмом служит мембрана (поз. 1), которая связывается с клапаном (поз.3) посредством толкателя (поз. 2). Клапан прижат к жестко укрепленному в корпусе клапанному седлу (поз. 4) двумя пружинами (поз. 9 и 10). При отсутствии нагрузки на прибор, пружина (поз. 5) отжимает клапан. Когда начинается подача воздушной смеси (баллонный вентиль открыт), она проходит фильтр (поз. 6), попадает в камеру ВД (поз. 7), проходит клапан и поступает в камеру СД (поз. 8). В редукторной камере давление достигает УДР (9,2 бар) и на поверхности воздух давит на мембрану с силой, которая выше усилия пружины (поз. 5), в результате происходит выравнивание мембраны, пружины (9 и 10) закрывают клапан.
При вдохе воздух в камере (поз. 8) разряжается, следовательно, падает давление в ней, и мембрана, на которую действует пружина (поз. 5), прогибается внутрь камеры. Посредством толкателя (поз. 2) усилие пружин (поз. 9 и 10) преодолевается, происходит открытие клапана, воздушная смесь подается для вдоха. При окончании вдоха камера первой ступени вновь заполняется сжатой воздушной смесью до УДР, поэтому клапан закрывается.
Значимым элементом служит балансировочная камера (поз. 11), которая содержит воздух под таким же давлением, как и камера первой ступени. Поэтому открытие и закрытие клапана от баллонного воздуха не зависит. Особенностью именно модели Titan является расположение направляющей клапана (поз. 12), которая находится внутри камеры балансировки (поз. 11) и подвешена между пружинами (поз. 9 и 10).
Когда баллонное давление падает, направляющая выталкивается наверх пружиной (поз. 2), а пружина (поз. 1) сжимается. Ходовые характеристики клапана повышаются. При изменении величины баллонного давления эта особенность служит для стабилизации объема воздушной смеси. УДР Титана регулируется гайкой (поз. 13). Она определяет силу сжатия и давления на мембрану пружины (поз. 5).
В этой и остальных мембранных моделях Aqua Lung применяется система Air Turbo. В корпусе под мембраной есть отверстие (поз. 17) в камеру первой ступени. Когда воздух в камере разряжается при вдохе, то дополнительно происходит инжектирование посредством канала (система Air Turbo) и быстрота реакции мембраны увеличивается, а стабильность подачи смеси для дыхания гарантируется.
По критерию гидростатической сбалансированности Titan относится к сбалансированным. Вода проходит в отверстие регулировочной гайки (поз. 13) и оказывается в гидростатической камере (поз. 14), где действует на мембрану. Мембрана прогибается к камере первой ступени, клапан открывается. Давление в камере повышается на величину давления воды, клапан закрывается.
У Titan Supreme гидрокамеру закрывает мембрана и охраняет он воздействия воды пружину (поз. 5), а вода давит на мембрану (поз. 1) через еще одну (силиконовую) мембрану (поз. 15), используя толкатель (поз. 16). Такое устройство называется сухой камерой. Сухая камера не только прекрасно защищает от обмерзания, но еще и от загрязнений.
Другой способ защиты редуктора — силиконовое масло. В таких регуляторах сверху камеры устанавливается колпачок или мембрана, и вода давит через них и силикон. Конструкция сухой камеры проще в устройстве и обслуживании. Стойкость к обледенению она дает более высокую, по сравнению с силиконовой. При ТО в мембранных регуляторах производится замена колец, фильтра, мембраны и подушки клапанного седла.
Сверхсбалансированные мембранные.
На большой глубине даже в сбалансированных регуляторах дыхание дается с трудом, потому что воздух там гораздо плотнее, вязкость его выше. Это приводит к увеличению трения при прохождении смеси и для вдоха ее подается меньше. Для того, чтобы воздух мог и на больших глубинах подаваться в том же объеме за одинаковое время, что и у поверхности, а еще для стабильной работе элементов регулятора на глубине используют сверхсбалансированные мембранные модели, у которых УДР на глубине возрастает, что уравнивает рост плотности и вязкости. Такая технология позволяет добиться комфортного дыхания на глубинах.
Aqua Lung выпускает сверхсбалансированные мембранные модели Legend, в которых обеспечена одинаковая комфортность дыхания на любой глубине. По клапанной градации регулятор является сбалансированным. Схема Legend представлена на рисунке. Он похож на Titan, но отличается гидростатической сухой камерой (поз. 1), которая закрывается дополнительной мембраной из силикона (поз. 2) и через них, посредством толкателя (поз. 3), внешнее давлении действует на мембрану основную (поз. 4).
У сбалансированных регуляторов диаметр дополнительной мембраны рассчитан на увеличение давления в камере равное давлению внешней среды, а у Legend силиконовая мембрана больше диаметром, притом, что диаметр основной не отличается, поэтому давление в камере увеличиваться будет больше, чем на величину действующего внешнего давления. И чем больше это внешнее давление (глубина), тем больше разница. То есть УДР возрастает с глубиной, что уравнивает возрастание плотности и вязкости воздуха и обеспечивает комфортное дыхание.
Из-за особенностей редуктора стандартная вторая ступень с ним работать не может, она бы реагировала на повышение УДР, как предохранитель. Разработана специальная вторая ступень.
