Полузамкнутые ребризеры:

1) С активной подачей дыхательной смеси (CMF SCR - Constant Mass Flow Semi Closed Rebreathers). В этих аппаратах при открытии вентиля баллона, содержащего дыхательную смесь, она начинает непрерывно подаваться через калиброванную дюзу в дыхательный контур. Парциальное давление кислорода поддерживается за счет удаления точно такого же (!!!) количества отработанной смеси в воду. Скорость подачи свежей смеси (л/мин) зависит от пропускной способности дюзы и выбирается в зависимости от глубины погружения и состава дыхательной смеси.

Достоинства 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 дайвера (то есть потребления кислорода).

Наиболее известные представители типа: Draeger Dolphin и Ray, OMG Azimuth.

П ри открытии вентиля баллона с дыхательной смесью EANx Nitrox (10) она через редуктор (11) поступает к ручному байпасу (12) и через калиброванную дюзу (7) с постоянной скоростью [л/мин] в дыхательный мешок. После наполнения мешка смесь с той же скоростью начинает стравливаться наружу через травящий клапан (независимо от того включился дайвер в аппарат или нет).

При вдохе смесь из дыхательного мешка (6) через шланг вдоха и невозвратный клапан (3) поступает в мундштучную коробку и через загубник (1) в легкие дайвера.

При выдохе смесь через невозвратный клапан (4) и трубку выдоха поступает в поглотительную канистру (5) где очищается от углекислого газа и затем попадает опять в дыхательный мешок (6).

Мундштучная коробка имеет специальный клапан (2), который позволяет перекрыть поступление смеси в загубник (и воды в дыхательный контур).

Для слежения за давлением кислорода в баллоне к редуктору подключен манометр (13).

При всплытии излишек смеси из дыхательного мешка удаляется в воду через травящий клапан.

Ребризер полузамкнутого цикла с активной подачей.

Это наиболее распростораненный в спортивном дайвинге тип ребризера. Принцип его действия в том, что в дыхательный мешок с постоянной скоростью подается через калиброванную дюзу дыхательная смесь EANx Nitrox. Скорость подачи (устанавливается заранее?) зависит только от концентрации кислорода в смеси, но не зависит от глубины погружения и физической нагрузки. Таким образом, концентрация кислорода в дыхательном контуре остается постоянной при постоянной физической нагрузке.

Очевидно, что при таком способе подачи дыхательного газа возникают его излишки, которые удаляются в воду через травящий клапан. Вследствии этого ребризер полузамкнутого цикла выпускает несколько пузырьков дыхательной смеси не только при всплытии, но и при каждом выдохе водолаза. Стравливается примерно 1/5 часть выдыхаемого газа. Для повышения скрытности на травящие клапаны могут устанавливаться колпачки-дефлекторы, аналогичные применяемым в кислородных ребризерах замкнутого цикла.

В зависимости от концентрации кислорода в дыхательной смеси EANx (Nitrox) скорость подачи смеси может варьироваться в пределах от 7 до 17 л/мин, таким образом время нахождения на глубине при использовании ребризера полузамкнутого цикла зависит от объема баллона с дыхательным газом.

Глубина погружения ограничивается парциальным давлением кислорода в дыхательном мешке (не должно превышать 1,6 ата) и установочным давлением редуктора. Дело в том, что истечение газа через калиброванную дюзу имеет сверхзвуковую скорость, что позволяет сохранять подачу неизменной до тех пор, пока установочное давление редуктора превышает давление окружающей среды в два или более раз.

Ребризеры полузамкнутого цикла с активной подачей широко распространены в любительском дайвинге. Наиболее известны немецкие ребризеры Draeger Ray и Draeger Dolphin (1800 и 3500$), а так же итальянский Azimuth (около 4500$). Последний имеет возможность применения как смесей Nitrox, так и Trimix, что делает возможным его применение на глубинах до 120 метров (так заявляет фирма-изготовитель). О нем так же можно сказать, что это самый большой и самый тяжелый из существующих аппаратов полузамкнутого цикла. Из советских ребризеров такого типа можно назвать АКА-60 (1500$ цена задрана искусственно, поскольку аппарат весьма редкий). Он представляет собой топорно сделанную и ухудшенную реплику ребризера Draeger FGT-I/A. Официальной датой выпуска АКА-60 в СССР счетался 1985-й год. В 1988 году по заказу Северного флота было выпущено еще около 80 АКА-60. Больше аппарат не выпускался.

Из произведенных в других странах одно время был очень известен японский Fieno. Этот аппарат постигла печальная судьба: спрос на него в Японии был не очень велик, а в Европе и США продавать его не получилось из-за того, что объем дыхательного контура был расчитан на среднего японца и оказался явно недостаточным для европейца. Производство аппарата было прекращено.

В любительском дайвинге, в основном в Норвегии, Швеции и Германии, довольно часто применяются ребризеры полузамкнутого цикла Draeger FGG-III (3000 Евро). Этот ребризер был создан в середине 60-х годов прошлого века для глубоководных операций, причем баллоны аппарата используются как резерв, а подача газа осуществляется через шланг с подводной лодки или из водолазного колокола. Глубина использования Draeger FGG-III ограничена 200 метрами (установочное давление редуктора — 40 ата). Для дыхания используется гелий-кислородная смесь HeliOx. Однако в FGG-III без переделки конструкции можно применять и смеси EANx Nitrox, что делает его полностью автономным, уменьшая, правда, глубину погружения до 40 метров.

За рубежем (в основном в Англии и США) есть много примеров самостоятельного изготовления ребризеров полузамкнутого цикла с активной подачей. Все аппараты вполне рабочие и имеют примерно одно и то же ограничение по глубине (40 метров), вытекающее из парциального давления кислорода в дыхательном мешке и установочного давления редуктора. Особенно порадовал меня такой аппарат, сделанный в Австрии из частей пластиковых сантехнических труб и шлангов. Кстати, судя по рассказу создателя (который все еще жив) аппарат работает в общем нормально, только подтекает периодически.

Вообще, ребризеры полузамкнутого цикла с активной подачей очень просты в обслуживании и эксплуатации, что и обуславливает их довольно широкое распространение в любительском дайвинге.

Расчет декомпрессии.

Поскольку концентрация кислорода в дыхательном мешке ребризера полузамкнутого цикла постоянна при постоянстве физической нагрузки, то для обеспечения и планированя погружений с такими аппаратами используются обычные нитроксные декомпрессионные таблицы и нитроксные компьютеры. Специально для использования с ребризерами полузамкнутого цикла с активной подачей выпущены компьютеры Uwatec Aladdin Air Z O2 и Chochran LifeGuard, оснащенные кислородными датчиками, что позволяет им расчитывать декомпрессионный статус исходя из реального содержания кислорода в дыхательном мешке. Стоимость таких компьютеров порядка 1500$. Разумеется, возможно и использование компьютеров HS Explorer и VR-3, но в данном случае это просто избыточно.

Расчеты:

Содержание кислорода в дыхательном контуре аппаратов с активной подачей смеси вычисляется по формуле:

FiO2=((Vs*FsO2)-ViO2)/(Vs-ViO2), где:

FiO2 — (Fraction Inhaled O2) содержание кислорода в контуре <%/100];

Vs — (Volume Supplied) подача смеси через дюзу [литры в минуту];

FsO2 — (Fraction Supplied O2) содержание кислорода в подаваемой смеси <%/100];

ViO2 — (Volume Inhaled O2) потребление кислорода дайвером [л/мин] (зависит от нагрузки, меняется от 0,5 до 3 литров в минуту).

Максимальная рабочая глубина:

MOD=(MaxPO2/FiO2-1)*10, где:

MOD — (Maximal Operation Depth) максимальная рабочая глубина [метры];

MaxPO2 — максимально допустимое значение парциального давления кислорода [бары] (обычно принимается за 1,6 для очень коротких интервалов времени - несколько минут или 1,4 для более длительных периодов);

FiO2 — содержание кислорода в контуре <%/100].

Так как дыхание в аппаратах этого типа происходит уже не кислородом, а дыхательной смесью, содержащей инертные газы, то для данного типа ребризера необходим расчет декомпрессионных параметров.

Поскольку содержание кислорода в смеси зависит от потребления его дайвером, а не только от процентного содержания этого газа в смеси, то при расчете декомпрессионных параметров нужно учитывать и максимальную планируемую глубину погружения и нагрузку дайвера (потребление им кислорода).

При использовании дайвером Nitrox компьютера без датчика парциального давления кислорода или при планировании погружения по таблицам существует одна хитрость:

Декомпрессионные параметры рассчитываются для максимально возможного содержания инертных газов в дыхательном контуре, т.е рассчитываются значения содержания кислорода в дыхательном контуре при максимальном его потреблении, например 2.5 л/мин и полученные значения содержания кислорода в смеси подставляются в компьютер или используются с таблицей. В то же время уровень CNS и OTU считается при минимальном потреблении кислорода, т.е. при максимальном его содержании в дыхательном контуре!!!

Данные расчеты конечно не являются оптимальными, но зато дают дополнительную гарантию как против возникновения ДКБ, так и от кислородного отравления. Оптимальные расчеты декомпрессионных параметров в реальном времени получаются при использовании с ребризером компьютеров, которые могут подключаться к встроенному в дыхательный контур датчику парциального давления кислорода, таких как: Cochran Lifeguard, Uwatec OXY2 или VR3.

Время действия аппарата по запасам поглотителя (STL — Scrubber Time Limit) рассчитывается как:

STL [мин] = SС*SCV/ViO2, где:

SС — (Scrubber Сoefficient) поглотительная способность 1 кг поглотителя (для советского вещества ХПИ ~ 80 л/кг, для DraegerSorb и SodaLime от 120 до 150 л/кг);

SСV — (Scrubber Canister Volume) количество поглотителя в канистре в кг;

ViO2 — (Volume Inhalled O2) минутный объем потребления кислорода дайвером в литрах в минуту (объем потребления кислорода примерно равен объему выдыхаемого углекислого газа).

2) Ребризер полузамкнутого цикла с пассивной подачей дыхательной смеси (PA SCR - Passive Addition Semi Closed Rebreather).

Весьма мало распространенный тип ребризера, представленый Halcyon RB-80 (около 5000$), который имеет сертефикат безопасности для США и Европы, и его клонами, как правило, таких сертификатов не имеющими.

В этом типе ребризеров парциальное давление кислорода также поддерживается за счет принудительного вытравливания части отработанной смеси в воду, но (!!!) количество смеси удаляемой из дыхательного контура четко установлено конструкцией (коэффициент стравливания определяет соотношение объемов внутреннего и внешнего дыхательного мешка) и составляет при каждом выдохе от 8 до 25% объема выдоха (обычно от 1/7 до 1/5 выдыхаемого газа), а объем дыхательного мешка заведомо меньше объема легких водолаза. Вместо удаленной поступает равное количество свежей дыхательной смеси из баллона. Известно, что частота дыхания напрямую связана с потреблением О₂ дайвером, поэтому парциальное давление в дыхательном контуре таких аппаратов практически не зависит от потребления кислорода и зависит только от глубины погружения (также, как в обычном акваланге).

Такой принцип позволяет использовать в качестве дыхательной смеси любые газы, кроме воздуха и весьма точно поддерживать концентрацию кислорода в дыхательном контуре (вне зависимости от физической нагрузки и глубины).

Э тот более сложный в понимании тип также более простой в обращении, поскольку принцип действия обеспечивает режим работы, наиболее близкий к аппаратам открытого цикла (SCUBA).

При открытии вентиля баллона (10) смесь через редуктор (11) поступает к автоматическому байпасу (9).

При вдохе при недостатке смеси во внешнем дыхательном мешке (7) механическая связь открывает байпас и смесь поступает по трубке вдоха через невозвратный клапан (3) к загубнику и в легкие дайвера.

П ри выдохе смесь через невозвратный клапан (4) и трубку выдоха поступает в поглотительную канистру (5), а затем во внутренний (6) и внешний дыхательные мешки (7). Во внутренний мешок смесь поступает через невозвратный клапан, а во внешний свободно.

При вдохе смесь из внешнего мешка (7) поступает на вдох дайвера, а из внутреннего, который механически связан с внешним, через травящий клапан удаляется в воду. Так как часть смеси принудительно удалена из дыхательного контура, то в конце фазы вдоха объема смеси в дыхательном контуре аппарата недостаточно, а оба мешка оказываются полностью сжаты. В это время механическая связь принудительно открывает байпас и недостающее количество свежей смеси подается из баллона.

Наиболее известные представители типа: Halcyon RB-80, K-2 Advantage, DC-55.

Из аппаратов, использующих подобный принцип известны французский ребризер Interspiro и немецкий СoRa. Первый не выпускается с середины 60-х годов прошлого века, а второй существует в единичных экземплярах, хотя и является относительно недавней разработкой. Эти аппараты не выдержали конкуренции с электронными ребризерами замкнутого цикла, являясь конструктивно не довольно сложными, но имея гораздо больше ограничений и сопоставимую цену.

Как и в случаях с другими типами ребризеров существуют самодельные разработки подобных аппаратов. Они весьма распространены среди спелеоподводников (что не удивительно — GUE и WKPP уделяют много внимания пещерам) и не различаются разнообразием. Как правило, единственное различие между ними состоит в объеме стравливаемого при выдохе газа и способе подвески аппарата (на спине или по бокам). Кстати, ребризеры Halcyon RB-80 и подобные ему по конструкции — единственные аппараты, которые можно подвесить сбоку и это никак не скажется на качестве дыхания, что не маловажно для спелеоподводников, которым надо проникать в различные узкости.

Ограничение по глубине.

Поскольку подача дыхательного газа осуществляется только на вдох, а не постоянно, как в случае с ребризерами с активной подачей, то ребризер полузамкнутого цикла с пассивной подачей ограничен по глубине только парциальным давлением кислорода в дыхательном контуре.

С ребризером Halcyon RB-80 был установлен мировой рекорд по глубоководной проходке пещеры, что правда не является демонстрацией его выдающихся свойств, а обусловлено такой особенностью конструкции этого аппарата, которая позволяет использовать с ним баллоны практически любого объема. На самом деле такой рекорд мог быть с гораздо меньшими усилиями установлен с применением электронного ребризера замкнутого цикла.

Существенным отрицательным моментом в конструкции ребризеров полузамкнутого цикла с пассивной подачей является то, что автоматика приводится в действие за счет дыхательных движений водолаза, а так же то, что с уменьшением глубины концентрация кислорода в смеси падает очень значительно. Например, Nitrox32 на поверхности превращается в смесь с 17% кислорода. Это снижает и без того невысокую эффективность аппарата при проведении декомпрессии и требует минимум трех переключений газовых смесей даже при погружении на 60 метров, либо периодической промывки контура ребризера. необходимые переключения при недостаток…

Расчет декомпрессии.

Плавая с данным типом ребризера, дайвер использует все расчеты, связанные с использованием газовых смесей в обычном акваланге, но имеет при себе запас газа, в 4-10 раз (в зависимости от коэффициента стравливания) превышающий реальный объем баллона.

Поскольку ребризер Halcyon RB-80 и ему подобные создаются под специальные задачи, типа проникновений в пещеры на большие глубины и расстояния, то компьютеры с ними не используются. Погружения рассчитываются с помощью специальных программ-планировщиков. Однако, никто не мешает использовать Uwatec Aladdin Air Z O2 и Chochran LifeGuard при погружении на Nitrox (а не Trimix о котором эти компьютеры понятия не имеют). В случае применения смесей Trimix возможно использование компьютеров HS Explorer и VR-3. В простейшем случае можно использовать обычные нитроксные компьютеры и декомпрессионные таблицы. Так же, как с ребризерами с активной подачей.

Расчеты:

Содержание кислорода в дыхательном контуре (приближенная формула):

FiO2=((Pamb*Kdump*Ke+1)*FsO2-1)/(Pamb*Kdump*Ke), где:

FiO2 — (Fraction Inhaled O2) содержание кислорода в контуре <%/100];

Pamb — (Pressure Ambient) давление окружающей среды [бар];

Kdump=Vineer/Vouter — соотношение объемов внутреннего (травящего мешка) к наружному или другими словами коэффициент стравливания ребризера <%/100] (для DC-55 ~ 9%, для Halcyon RB80 ~ 12%);

Ke=Ve/VO2 — коэффициент экстракции кислорода дайвером т.е. соотношение минутной вентиляции легких к объему потребляемого кислорода. Эта величина практически постоянная для каждого отдельного человека. Ее значение индивидуально и зависит от степени тренированности и физического здоровья дайвера. Как правило эта величина изменяется от 25 у человека в плохой форме до 17 у спортсменов, средняя величина для здорового человека 20.

FsO2 — (Fraction Supplied O2) содержание кислорода в баллоне <%/100].

Формула расчета необходимого содержания кислорода в баллоне для данной глубины выводится из предыдущей:

FmO2=(FiO2*Pamb*Kdump*Ke+1)/(Pamb*Kdump*Ke+1)

обозначения те же, что и в предыдущей формуле.

Как видно из формул, приведенных выше, процентное содержание кислорода в дыхательном контуре не зависит от потребления кислорода дайвером (т.е. от физической нагрузки), а зависит только от глубины погружения. По этому же принципу изменяется парциальное давление кислорода и при плавании с обычным аквалангом. Поэтому обычно не возникает проблем при планировании погружений с аппаратами данного типа.