Система замкнутого дыхания. Что такое ребризер? Ребризёр полузамкнутого цикла с активной подачей - aSCR

Inspiration - первый сертифицированный в странах ЕС дыхательный аппарат замкнутого цикла. Глубина применения - до 50 м (рекомендуемая - до 40 м) с воздухом в качестве разжижающего газа и до 100 м с гелиоксом

Акроним SCUBA расшифровывается как Self-Contained Underwater Breathing Apparatus (автономный подводный дыхательный аппарат ). При пользовании системой с открытым циклом дыхания большую часть вдыхаемого кислорода мы просто выдыхаем в воду.

Слева. Дайвер готовится использовать регенератор при прохождении курса Try-a-Rebreather в британском клубе BS-AC
В центре. Рекреационным регенератором Drager Dolphin Rebreather полузамкнутого цикла на найтроксе пользоваться легче, чем аппаратами замкнутого цикла.
Справа. Вот что скрыто под футуристическим корпусом регенератора замкнутого цикла Ambient Pressure (Buddy) Inspiration

Некоторые компании трансформировали регенераторы замкнутого и полузамкнутого цикла дтя нужд рекреационного дайвинга . Выдыхаемый дайвером углекислый газ химическим способом извлекается из выдыхаемого газа в результате пропускания последнею через известково-содовый скруббер с выделением смеси гидроксидов кальция и натрия. В очищенный таким образом газ добавляется некоторое количество кислорода, и получаемая в итоге смесь вновь вдыхается.

	Акваланг открытого дыхательного цикла 1. Баллон с дыхательным газом 2. Вентиль баллона 3. Первая ступень регулятора 4. Вторая ступень регулятора 5.Манометр
	Дыхательный аппарат полузамкнутого цикла 1. Загубник 2. Запорный клапан загубника 3. Нижний обратный клапан 4. Верхний обратный клапан 5. Поглотитель СО2 6. Контрланг 7. Предохранительный клапан 8. Баллон с дыхательным газом 9. Вентиль баллона 10. Регулятор 11. Байпас подачи дыхательного газа с ручной регулировкой 12. Манометр
	Дыхательный аппарат замкнутого цикла 1. Загубник 2. Запорный клапан загубника 3. Нижний обратный клапан 4. Верхний обратный клапан 5. Поглотитель СО2 6. Контрланг 7. Клапан подачи разжижающего газа 8. Предохранительный клапан 9. Баллон с разжижающим газом 10. Запорный вентиль 11. Регулятор разжижающего газа 12. Байпас подачи разжижающего газа с ручной регулировкой 13. Манометр разжижающего газа 14. Баллон с кислородом 15. Запорный вентиль 16. Кислородный регулятор 17. Байпас подачи кислорода с ручной регулировкой 18. Кислородный манометр 19. Кислородные датчики 20. Кабели кислородных датчиков 21. Электронный блок 22. Кислородный электромагнитный клапан 23. Основной дисплей 24. Вспомогательный дисплей

Поскольку химическая реакция, в результате которой поглощается двуокись углерода, ваяется экзотермической, идет с выделением тепла и влаги, вдыхаемый газ теплый и влажный. Регенераторы замкнутого цикла не выбрасывают в воду никакого газа. Регенераторы полузамкнутого цикла выбрасывают малую часть выдыхаемого газа при каждом выдохе. В итоге дайверы могут длительное время оставаться под водой, располагая лишь небольшим объемом дыхательной смеси. Регенераторы могут работать на найтроксе, а для более глубоких погружений - на граймиксе или гелиоксе.

Дыхательные аппараты подобною типа требуют тщательной подготовки и проверки работоспособности. Они нуждаются в довольно сложном обслуживании, требуют постоянного контроля за показаниями измерительных приборов.

Преимущества использования регенератора

• Эффективность использования газа, что существенно, когда дело касается дорогих газов, в особенности гелия.
• Лучшая видимость в замкнутом пространстве из-за меньшего количества взвешенных твердых частиц в воде.
• Тихая работа, благодаря чему дайвер может ближе подойти к особенно осторожным морским обитателям.

Недостатки

• Высокая стоимость - регенераторы в целом дороже обычных аквалангов.
• Сложность эксплуатации требует дополнительной подготовки, неукоснительного внимания к деталям, так как аппараты включают большое число компонентов, способных выйти из строя. Теплая и влажная среда внутри шлангов и контр-ланга идеальна для развития бактерий - эти элементы необходимо разбирать и чистить после каждого дня погружений.
• Большинство производителей отказываются продавать регенераторы тем. кто не прошел специального курса подготовки но эксплуатации подобных аппаратов.

Ребризер - это рециркуляционный дыхательный аппарат, то есть такой аппарат, в котором в отличие от акваланга (SCUBA) при выдохе дыхательная смесь не удаляется в воду совсем или удаляется не полностью. Вместо этого отработанная смесь обрабатывается для возможности повторного дыхания ей (re-breathe - повторный вдох). Для этого нужно удалить из смеси двуокись углерода (углекислый газ) и добавить в смесь кислород .
Первая задача решается во всех ребризерах одинаково - в их составе всегда имеется включенная в дыхательный контур емкость (поглотительная канистра), которая заполнена химическим веществом, активно поглощающим углекислый газ.
Вторая задача - добавление в смесь кислорода - решается в различных типах ребризеров по разному. Давайте рассмотрим это поподробнее...

Какие бывают ребризеры?

Все ребризеры по принципу действия можно разделить на две большие группы: полузамкнутые и полностью замкнутые .
В замкнутых ребризерах (CCR - Closed Circuit Rebreathers) выдыхаемая смесь полностью поступает на переработку и после удаления углекислого газа в нее добавляется чистый кислород. Нельзя сказать, что смесь у этих типов ребризеров 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.
Полузамкнутые ребризеры (SCR - Semi Closed Rebreathers) отличаются от замкнутых тем, что смесь из дыхательного контура удаляется даже при плавании на постоянной глубине, но количество удаляемой смеси намного меньше, чем у обычного акваланга. Удаление части смеси необходимо потому, что для поддержания необходимого уровня кислорода в дыхательной смеси здесь используется не чистый кислород, а искуственные дыхательные смеси типа Nitrox, Trimix и Heliox. Поэтому необходимо удалять избыток нейтральных газов: азота и гелия.
В свою очередь и замкнутые и полузамкнутые ребризеры могут быть нескольких типов по принципу, которым поддерживается оптимальный состав дыхательной смеси.
Замкнутые:
1) Кислородные ребризеры (CCOR - Closed Circuit Oxygen Rebreather) работают на чистом кислороде, т.е. дайвер дышит чистым кислородом без примеси любых нейтральных газов. Такой принцип упрощает конструкцию и уменьшает размеры, но и вносит свои ограничения. Мы с Вами знаем, 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 для продолжительных экспозиций) и только в эксренных случаях допускается кратковременное увеличение его до 2.0 бара (3.0 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 7-ю метрами (10 метров в экстренных случаях).
Другим негативным фактором действия чистого кислорода является то, что он "дает подпитку" любым проявлениям кариеса или других заболеваний ротовой полости. Поэтому при использования таких аппаратов не забывайте регулярно посещать стоматолога (что кстати рекомендуется и всем дайверам) и проблем с зубами у Вас не будет.
Благодаря небольшим размерам, большой автономности и, главное, отсутствию выдыхаемых пузырьков такие аппараты пользуются большой популярностью у военных и подводных биологов.
Наиболее известные представители этого типа: Draeger LAR VI и OMG Castoro C-96.
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. Дело в том, что в отличие от поглотительного вещества, которое просто поглощает углекислый газ, в канистры 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, при использовании типичного представителя этой группы советского аппарата ИДА-71 удавалось плавать под водой в течении 6!!! часов.
К сожалению регенеративное вещество очень капризно в использовании. При попадании воды в поглотительную канистру происходит выделение пенообразной щелочи, получается тот самый "каустический коктейль", которым пугают дайверов, говоря о ребризерах (это один из самых распространенных мифов). Этот "коктейль" может очень сильно повредить ротовую полость, гортань, трахею и даже легкие дайвера. Обычное поглотительное вещество ведет себя гораздо спокойнее. Да, щелочь выделяется при намокании, но без бурной реакции и определить поступление воды можно не попробовав смесь на вкус, а просто по затрудненности дыхания.
Такой тип аппаратов применялся только военными и то только двух стран - СССР и Франции. Сейчас из-за сложности обращения с регенеративными веществами этот тип аппаратов отходит в прошлое.
3) Ребризеры на дыхательных смесях с электронным управлением (CCMGR - Closed Circuit Mixed Gas Rebreather). Как ясно из названия, этот тип ребризеров имеет электронную систему управления, которая включает в себя датчик парциального давления кислорода, электронную схему, которая анализирует содерхание кислорода в смеси и дает сигнал электрическому клапану добавить чистый кислород в дыхательный контур до оптимального уровня. Преимущества такой схемы ясны: 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 возможоая 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.
Наиболее известные представители типа: Buddy Inspiration, CIS Lunar.
4) Ребризеры на дыхательных смесях с полуавтоматическим управлением (ребризер KISS). Отличаются от предыдущего типа тем, что датчики и электронная схема занимаются только мониторингом парциального давления кислорода, а дайвер сам добавляет кислород в дыхательный контур при необходимости.
Наиболее грамотная схема такого типа аппаратов предусматривает автоматическую постоянную подачу кислорода через дюзу в количествах, меньших чем необходимо дайверу, а дайвер 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.
Полузамкнутые:
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 (литры в минуту) зависит от пропускной способности дюзы и выбирается в зависимости от глубины погружения и 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 дайвера (то есть потребления кислорода).
Наиболее известные представители типа: Draeger Dolphin и Ray, OMG Azimuth.
2) С пассивной подачей дыхательной смеси (PA SCR - Passive Addition Semi Closed Rebreather). В этом типе ребризеров парциальное давление кислорода также поддерживается за счет вытравливания части отработанной смеси в воду, но (!!!) четко установленное конструкцией количество смеси удаляется из дыхательного контура при каждом выдохе (обычно от 8 до 25% объема выдоха). Вместо удаленной из баллона поступает равное количество свежей дыхательной смеси. Известно, что частота дыхания напрямую связана с потреблением кислорода 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). По простому можно сказать, что 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.
Наиболее известные представители типа: Halcyon RB-80, K-2 Advantage, DC-55.

Как устроены ребризеры?

Все ребризеры без исключения устроены более сложно чем акваланги. Это объяснимо, так как и принцип работы у них сложнее. Тем не менее все они имеют сходные конструктивные особенности, которые и делают возможным их работу.
Во первых в отличие от акваланга, где один шланг, идущий от баллона к загубнику, уже давно стал нормой, в ребризере используются два шланга - один для подачи смеси к загубнику, другой для возврата смеси в дыхательный контур.
Так как дыхательная смесь не выдыхается в воду, а возвращается, то нужна емкость, в которую ее можно вернуть. Кроме того, дыхательная смесь в этой емкости должна иметь такое же давление, как и окружающая вода. Поэтому каждый ребризер имеет один или два дыхательных мешка (breathing bag) из которых дайвер вдыхает и куда выдыхает газовую смесь под давлением, равным давлению окружающей среды. Мешки могут быть мягкими или полужесткими (на полузамкнутых ребризерах с пассивной подачей).
Для очистки смеси от углекислого газа все ребризеры имеют канистру , в которую засыпается химический поглотитель .
Как уже говорилось выше, поглотительное вещество очень не любит, чтобы в канистру попадала вода. Поэтому большинство ребризеров имеют в конструкции ловушки для воды или гидрофобные мембраны. Цель таких устройств перехватить поступившую через загубник воду и не дать ей попасть в поглотитель. Обычно в качестве ловушек используют второй дыхательный мешок (мешок выдоха), который к тому же позволяет уменьшить сопротивление выдоха ребризера.

Преимущества ребризеров.

Говоря о преимуществах нужно начать с очередного мифа о том, что ребризеры дешевле в использовании чем акваланги, потому, что расходуют меньше дыхательной смеси... Это действительно так, но при условии использования смесей на основе гелия (!!!) который дорог. При использовании относительно дешевого Nitrox экономия на расходе смеси может даже перекрываться расходами на поглотитель. Кроме того для сложных типов ребризеров, таких как замкнутые аппараты с электронным управлением нужно принимать во внимание необходимость замены датчиков, которые также недешевы и обеспечения поверхностной группы поддержки на случай непредвиденных обстоятельств!!!
Другой миф - ребризеры позволяют плавать так долго и так глубоко, что это недостижимо с обычным аквалангом. Это тоже правда, но под это правило подходят не все типы ребризеров, а только ребризеры замкнутого цикла работающие на смесях! Все остальные типы ребризеров не попадают под это определение...
Теперь о реальных преимуществах:
1) Меньшая шумность и меньшее количество пузырей, которые обычно распугивают всю осторожную морскую живность;
2) Практически неизменная плавучесть при цикле вдох-выдох. Так как общий объем дыхательной смеси в системе легкие-ребризер остается почти неизменным, то при вдохе дайвера не тянет вверх, а при выдохе не кладет вниз. Очень ценная особенность для подводных фотографов и видеооператоров, не так ли?;
3) При поглощении углекислого газа выделяется некоторое количество водяного пара и теплоты, поэтому дайвер дышит подогретым и увлажненным воздухом. Это повышает комфорт и уменьшает риск декомпрессионной болезни, особенно при плавании в холодной воде. По этой же причине ребризеры не встают на фри-флоу.
4) При организации серьезных экспедиций, требующих применения газовых смесей приходится доставлять на место погружения значительно меньше баллонов с газами. Хотя, как написано выше, Вы вряд ли выиграете в стоимости, но ребризеры расходуют значительно меньшее количество газовых смесей, чем акваланги, поэтому для экспедиции с ребризерами действительно потребуется потребуется меньше газов.

Недостатки ребризеров.

Опять начнем с мифов. Про каустический коктейль мы уже говорили выше, как и про способы борьбы с этим явлением. Остается только отметить, что в современных ребризерах получить такой коктейль очень трудно, даже если специально пытаться. Даже при выпускании загубника из рта он всплывает вверх благодаря положительной плавучести шлангов и начинает стравливать смесь из мешка вдоха, поэтому количество воды, попавшей в мешок выдоха незначителен.
Сложность обучения. Отчасти верно, по крайней мере относительно замкнутых ребризеров на смесях. Обучение на все остальные типы ребризеров безусловно предполагает базовые знания у студента, но ничуть не сложнее, чем любой из курсов подводного плавания.
Сложность обслуживания. Да, на обслуживание любого ребризера уходит больше сил и времени, чем на акваланг, но процедуры стандартные и не вызывают сложностей. Требуется только привычка, впрочем, как и при обслуживании SCUBA.
Самый главный миф - покупка ребризера обойдется значительно дороже, чем акваланга. Действительно, в основном ребризеры дороже среднего комплекта SCUBA, но некоторые модели, особенно полузамкнутые ребризеры с активной подачей, вполне сопоставимы по цене с хорошим комплектом SCUBA.
Теперь перейдем к реальным недостаткам:
1) Ребризер - аппарат не индивидуалистов, он гораздо более чем акваланг требует тренировок и работы в команде. Хотя стоит ли это считать недостатком?
2) Сложность использования одного аппарата двумя дайверами в экстренной ситуации. Хотя сейчас некоторые дайверы отрабатывают такое упражнение, но в основном используется дыхание аварийного дайвера по открытому циклу из отдельного аварийного баллона или баллона с дыхательной смесью ребризера.
3) Больший вес и габариты самого аппарата (не включая баллоны) - сложность при путешествиях.
4) Необходимость обеспечения расходными материалами (газовые смеси и поглотитель) на месте погружения. Хотя газовые смеси используются в основном стандартные, а поглотитель появится тогда, когда ребризеры станут обычными на наших водоемах.

В аппарате с замкнутым циклом дыхания

Я должен сознаться, что пессимистические высказывания Джуда Вандевера, здесь, на борту „Оршиллы“, в нескольких милях от станции Гопкинса, были подобны холодному душу.

Но все же это лучше, чем отступить. Не всегда борьба венчается поражением.

Экологическая битва - дело сложное: тысячу раз потеряешь, тысячу раз начнешь сначала, однако во имя будущих поколений мы должны вести ее беспроигрышно. Мы должны сделать это для самих себя.

Джуд Вандевер согласен с этим полностью. Большая часть его жизни ушла на поиски средств спасения последних каланов, и уж его-то никак не упрекнешь в пораженчестве… Попросту ученый не может опираться только на свои чувства: реалисты должны смотреть правде в лицо.

Интересно, что же хочет сказать мне, именно сейчас, пока я объясняю все это, калан, который смотрит на меня из водорослей метрах в двух от нас…

Ныряльщики „Калипсо“, которые были уже наготове, спускаются в воду. Мгновенная реакция: каланы, еще секунду назад настроенные вполне добродушно, разбегаются в разные стороны. Действительно, до сих пор ныряльщик был их заклятым врагом - он приходил со своим подводным ружьем, чтобы истреблять их. Первый раз каланы имеют дело с посетителями без оружия - но их право на недоверие к человеку вполне законно.

До определенного момента, однако. Есть еще одно обстоятельство.

Нам понадобилось некоторое время, чтобы понять, что вид и шум пузырьков воздуха из наших аквалангов привлекает их и отпугивает одновременно. Если мы действительно хотим приблизиться к каланам в их среде, нам следует найти для этого какой-то другой, более спокойный способ.

Пока пловцы поднимаются на поверхность с пустыми раковинами морского уха - каланы отбросили их, после того как оторвали моллюсков от подводных скал и съели их плоть, - я говорю себе, что существуют лишь два способа приблизиться к каланам, поиграть в прятки среди морских водорослей с этими застенчивыми клоунами - либо аппарат с замкнутым циклом дыхания либо ничего.

Кислородный аппарат с замкнутым циклом дыхания, основным достоинством которого являются отсутствие пузырьков воздуха и полная бесшумность, был создан военными для своих собственных нужд. Благодаря ему бойцы-подводники не выдают себя дыханием и становятся неразличимыми с поверхности.

Мы применяли эту хитрую систему в тех случаях, когда имели дело с дикими зверями, которых гирлянды серебристых пузырьков и шум дыхания пловцов в обыкновенных скафандрах приводили в ужас.

Но я не скрываю, что от этого я ничего не выигрываю. Хотя пловцы „Калипсо“ имеют большой опыт работы со всевозможными подводными аппаратами, я не люблю, когда они пользуются кислородными аппаратами. Кислородный аппарат доставляет многочисленные неприятности даже хорошо подготовленным пловцам. С подобным аппаратом любая ошибка может стать роковой.

Суть аппарата заключается в том, что он снабжен гранулированным веществом, которое регенерирует воздух, выдыхаемый пловцом в дыхательный мешок. Если из системы ничего и не выходит наружу, то следует внимательно следить за тем, чтобы ни одна капля воды туда не проникла: эффективность очистительного резервуара будет нарушена, и это чревато для человека серьезными и болезненными ожогами полости рта.

Каланиха укусила Филиппа Кусто, потому что он ей нравится.

Но основная опасность таится в использовании чистого кислорода. Этот газ, когда он поступает в большом количестве в кровь, - что происходит при увеличении давления воды соответственно глубине погружения, - вызывает серьезные органические нарушения. Он действует на нервную систему, вызывая знаменитое „глубинное опьянение“, которое ведет к судорогам и коме - и в последнем случае к печальному концу.

Пловцы и каланы в заливе Стилуотер.

Глубина, на которой ощущаются первые признаки „кислородного опьянения“, в среднем равняется всего 7 метрам: серьезное ограничение…