Водолазное снаряжение

Аппараты полузамкнутого и замкнутого цикла дыхания (ребризеры)

Несмотря на то, что история производства и использования в подводном плавании дыхательных аппаратов рециркуляционного типа насчитывает уже более 130 лет, они, к сожалению, не пока получали широкого распространения среди любителей подводного плавания на отечественном рынке. Дело в том, что в свое время предназначением этих систем действительно являлось их использование среди военных и профессиональных водолазов. Поэтому вся информация об этих аппаратах находилась под грифом секретности вплоть до второй половины прошлого столетия. Но, как и многие технологии и устройства, созданные специально для военных нужд, ребризеры постепенно перекочевывают и в сферу любительского потребления. Безусловно, это не аппараты, используемые профессионалами и военными. Тем не менее, уже сегодня на водолазном рынке существует ряд достойных моделей, созданных специально для любительских погружений.

Итак, ребри́зер (от англ. re - приставка, обозначающая повторение к.л. действия, и англ. breath — дыхание, вдох) - дыхательный рециркуляционный аппарат, в котором углекислый газ, выделяющийся в процессе дыхания, поглощается химическим составом (химпоглотителем), обогащается кислородом и подаётся на вдох. Русское название ребризера — изолирующий дыхательный аппарат (ИДА).

Очистка дыхательной смеси от диоксида углерода - осуществляется в ребризерах всех типов одинаково - в их составе всегда имеется включенная в дыхательный контур емкость (патрон с поглотителем диоксида углерода), которая заполнена химическим веществом, активно поглощающим углекислый газ.

Обогащение дыхательной смеси кислородом в различных типах ребризеров происходит по-разному. Собственно, способ обогащения дыхательной смеси кислородом и является классифицирующим признаком ребризеров.

Все ребризеры по принципу действия можно разделить на две большие группы: полузамкнутого типа (работающие по полузамкнутой схеме) и замкнутого типа (работающие по замкнутой схеме).

В ребризерах замкнутого типа (CCR - Closed Circuit Rebreathers) выдыхаемая смесь «полностью поступает на переработку», и после удаления диоксида углерода в нее добавляется чистый кислород. Нельзя сказать, что смесь у ребризеров этих типов совсем не вытравливается в воду, скорее она не вытравливается при плавании на постоянной глубине. При всплытии, то есть при уменьшении внешнего давления, дыхательная смесь расширяется и ее излишек удаляется в воду через травящий клапан.

В ребризерах полузамкнутого типа (SCR - Semi Closed Rebreathers) для поддержания необходимого уровня кислорода в дыхательной смеси используется не чистый кислород, а искусственные дыхательные смеси типа Nitrox, Trimix и Heliox. Поэтому избыток смеси из дыхательного контура удаляется даже при плавании на постоянной глубине, но количество удаляемой смеси намного меньше, чем у обычного акваланга.

В свою очередь ребризеры обоих типов могут иметь разновидности в зависимости от способа поддержания оптимального состава дыхательной смеси.

Замкнутого типа:

1) Кислородные ребризеры (CCOR — Closed Circuit Oxygen Rebreather) работают на чистом кислороде, т.е. водолаз/дайвер дышит чистым кислородом без примеси любых нейтральных газов. Такой способ упрощает конструкцию и уменьшает размеры, но и вносит свои ограничения.

Известно, что кислород становиться токсичным при увеличении парциального давления свыше 0,5 бар. При этом токсичность проявляется в двух формах: легочной (исчисляемой в OTU — Oxygen Tolerance Units) и судорожной (исчисляемой по воздействию на центральную нервную систему CNS — Central Nervous System). Максимально безопасным парциальным давлением кислорода для дайверов считается значение 1,6 бара (обычно 1,4 бар - для продолжительных экспозиций) и только в экстренных случаях допускается кратковременное увеличение его до 2,0 бара (3,0 бар - во Французских и Российских ВМФ). С учетом того, что в дыхательном контуре аппарата все равно остается немного нейтрального газа, максимальная глубина погружения в таких аппаратах ограничена 6 метрам в теплой воде при минимальной физической нагрузке.

Благодаря небольшим размерам, большой автономности и, главное, отсутствию выдыхаемых пузырьков такие аппараты пользуются большой популярностью у военных и подводных биологов.

2) Кислородные ребризеры с химической регенерацией дыхательной смеси (СССR — Closed Circuit Chemical Rebreather). Схожи по конструкции с ребризерами предыдущего типа, но отличаются принципом возобновления содержания кислорода в смеси. В отличие от поглотительного вещества, которое просто поглощает углекислый газ, в регенеративные патроны (коробки) таких аппаратов заряжается регенерирующее вещество, которое при поглощении 1 литра углекислого газа выделяет примерно 1 литр кислорода.
При малых размерах такие аппараты обладают фантастической автономностью. Например, автономность типичного представителя этой группы - аппарата ИДА-71 составляет 6 часов.

3) Ребризеры на дыхательных смесях с электронным управлением (CCMGR - Closed Circuit Mixed Gas Rebreather). Этот тип ребризеров имеет электронную систему управления, которая включает в себя датчик парциального давления кислорода, электронную схему, которая анализирует содержание кислорода в смеси и, при необходимости, дает сигнал электрическому клапану на открытие и подачу чистого кислорода в дыхательный контур до оптимального уровня. Преимущества такой схемы: возможность работы с газовыми смесями (а не чистым кислородом) и как следствие погружаться практически на любую глубину, всегда оптимальное парциальное давление кислорода на любой глубине, отсутствие пузырьков при плавании, максимально возможная экономия дыхательной смеси и большая автономность. С другой стороны это сложная конструкция с возможностью отказа электроники, сложная и дорогостоящая в обслуживании. Датчики, работающие на электрохимическом принципе, имеют ограниченный срок использования при высокой цене и требуют замены, как правило, не реже раза в год.

4) Ребризеры на дыхательных смесях с полуавтоматическим управлением (mCCR или K.I.S.S.- Keep It Simple Stupid). Отличаются от предыдущего типа тем, что датчики и электронная схема занимаются только мониторингом парциального давления кислорода, а водолаз сам добавляет кислород в дыхательный контур при необходимости.

Наиболее популярная схема такого типа аппаратов предусматривает автоматическую постоянную подачу кислорода через дюзу в количествах, меньших, чем необходимо водолазу. Водолаз добавляет кислород только для поддержания оптимального уровня парциального давления. В этом случае количество ручных манипуляций с аппаратом сильно сокращается с одной стороны и с другой отсутствует одна из точек отказа — электромагнитный клапан.

Полузамкнутого типа:

1) С активной подачей дыхательной смеси (CMF SCR - Constant Mass Flow Semi Closed Rebreathers). В этих аппаратах при открытии вентиля баллона, содержащего дыхательную смесь необходимого состава, она начинает непрерывно подаваться через калиброванную дюзу в дыхательный контур. Скорость подачи свежей смеси зависит от пропускной способности дюзы, выбранной и установленной в аппарат перед погружением. Выбор дюзы зависит от глубины погружения и необходимого для погружения состава дыхательной смеси.

Привлекательными чертами в использовании такого типа ребризеров являются простота конструкции, легкость расчетов, и обслуживания. Длительность погружения (по запасам дыхательной смеси) практически не зависит от глубины, потому, что на всех глубинах потребление смеси из баллона меняется очень незначительно, с другой стороны парциальное давление кислорода в дыхательном контуре очень сильно (даже больше чем у обычного акваланга) зависит от двух факторов: глубины погружения и двигательной активности водолаза (то есть потребления кислорода).

2) С пассивной подачей дыхательной смеси (PA SCR - Passive Addition Semi Closed Rebreather). В этом типе ребризеров дыхательный мешок имеет меньший по сравнению с объемом легких водолаза объем. При каждом выдохе часть дыхательной смеси (обычно от 8 до 25% объема выдоха) вытравливается в воду. На вдохе, недостающий объем газовой смеси поступает из баллона аппарата. Поскольку частота дыхания напрямую связана с потреблением кислорода дайвером, постольку парциальное давление в дыхательном контуре таких аппаратов практически не зависит от потребления кислорода и зависит только от глубины погружения (так же, как в обычном акваланге). Можно сказать, что, плавая с данным типом ребризера, водолаз/дайвер использует все расчеты, связанные с использованием газов обычном акваланге, но имеет при себе запас газа в 4-10 раз (в зависимости от коэффициента стравливания) превышающий реальный объем баллона.

Все ребризеры без исключения устроены более сложно, чем акваланги. Это объяснимо, так как и принцип работы у них сложнее.

Дыхательный контур ребризера состоит из:

- двух дыхательных трубок, трубки вдоха и трубки выдоха;

- клапанной коробки с невозвратными клапанами и загубником;

- одного или двух дыхательных мешков;

- патрона (коробки) с химическим поглотителем диоксида углерода.

В состав ребризера любого типа также входят баллоны и регуляторы 1 ступени (редукторы).

В зависимости от типа и вида ребризера, в его состав входят электронные блоки, кислородные датчики, электромагнитные клапаны и приборы контроля парциального давления кислорода.