Automaty oddechowe - TEORIA

 

Automat oddechowy dwu stopniowy

 

Mam nadzieję że zapoznałeś/aś się z zasadą działania automatu oddechowego jednostopniowego. Teraz zostanie przedstawiona budowa oraz sposób działania pierwszego stopnia automatu dwustopniowego.

Wyobraźmy sobie automat, w którym w komorze wodnej została dołożona dodatkowa sprężyna a wyjście węża wdechowego zostało zaślepione. Zrezygnujemy także z układu dźwigni.

pierwszy stopień automatu oddechowego

Komorę między wlotem automatu oddechowego a gniazda nazwijmy komorą wysokiego ciśnienia , a komorę od gniazda do wyjścia z pierwszego stopnia komorą średniego ciśnienia.

Sprężyna 2 działa z dużą siłą Fs na membranę powodując jej odkształcenie w "dół" . Ruch membrany przekazywany jest za pośrednictwem popychacza na grzybek, który zostanie odsunięty od gniazda.

Jeżeli do automatu doprowadzimy powietrze pod wysokim ciśnieniem, to wpłynie ono do komory wysokiego ciśnienia i dalej przez otwarty układ redukcji do komory średniego ciśnienia . W komorze średniego ciśnienia, ciśnienie będzie się zwiększać, gdyż dalszy przepływ jest niemożliwy (patrz rys poniżej)

Membrana przestanie oddziaływać na grzybek w momencie, gdy ciśnienie w komorze średniego ciśnienia wzrośnie do takiej wartości, że siła zależna od tego ciśnienia zrównoważy siłę wywołaną naciskiem sprężyny 2 i siłę wywołaną ciśnieniem w komorze wodnej.

W komorze średniego ciśnienia powstanie więc pewne stałe nadciśnienie, w stosunku do komory wodnej, zależne wyłącznie od siły nacisku sprężyny 2.
Należy zauważyć, że jeżeli ciśnienie w komorze wodnej będzie rosnąć, rosnąć będzie również ciśnienie w komorze średniego ciśnienia, w taki sposób aby różnica ciśnień była zachowana. Wartość nadciśnienia w tej komorze zależy od konstrukcji automatu (dla danego typu automatu jest stała) i wynosi ok. 10at ( 1 MPa ).

Opisany stopień redukcji utrzymuje stałe nadciśnienie powietrza w stosunku do ciśnienia otoczenia. Wartość tego nadciśnienia jest na tyle duża, że powietrzem tym płetwonurek nie może bezpośrednio oddychać . Należy wprowadzić dodatkowo drugi stopień redukcji ciśnienia.

Zamieńmy korek na wąż gumowy na końcu którego umieścimy układ redukcji ze sprężyną 3 działającą na grzybek z siłą tak dobraną aby była minimalnie większą od siły nacisku średniego ciśnienia na powierzchnię grzybka drugiego stopnia rys poniżej.

Dołóżmy dodatkowo dźwignię i popychacz (podciągacz), oraz membranę jako element sterujący ruchem grzybka

dodajmy obudowę drugiego stopnia wraz z ustnikiem i zaworkiem wydechowym

Uzyskamy w ten sposób drugi stopień Automatu Oddechowego. Będzie to automat dwustopniowy o stopniach rozdzielonych.
Oba stopnie redukcji połączmy elastycznym wężem gumowy tzw. wąż średniociśnieniowy, którego długość wynosi od 60-90cm.
Wejście pierwszego stopnia automatu oddechowego przykręca się do gniazda zaworu odcinającego zestawu butlowego a ustnik, który znajduje się w drugim stopniu trzymamy w ustach.

Pragnę zwrócić uwagę, że drugi stopień automatu posiada układ redukcji współbieżny, aby w wypadku nadmiernego wzrostu ciśnienia w komorze średniego ciśnienia wzrastająca siła odsunęła grzybek drugiego stopnia od gniazda i nadmiar powietrza wypłynął przez zawór wydechowy na zewnątrz automatu. Układ współbieżny pełni rolę zaworu bezpieczeństwa. Przy stosowaniu układu redukcji przeciwbieżnego w komorze średniego ciśnienia musi znajdować się dodatkowo zawór bezpieczeństwa zabezpieczający przed nadmiernym wzrostem ciśnienia.

Prześledźmy pracę automatu oddechowego dwustopniowego.

1. W automacie, który nie jest podłączony do zestawu butlowego (nie jest poddany działaniu zwiększonego ciśnienia), grzybek pierwszego stopnia jest odsunięty od gniazda (rys automat oddechowy dwustopniowy). Spowodowane jest to przez działanie siły pochodzącej od nacisku sprężyny 2. Sprężyna 1 służy do poprawnego działania grzybka przy różnych pozycjach automatu oraz wstępnego dociśnięcia grzybka do gniazda i wpływ jej możemy pominąć przy rozważaniu pracy automatu oddechowego. Grzybek drugiego stopnia jest dosunięty do gniazda dzięki sprężynie 3 2. Po podłączeniu automatu do zestawu butlowego i poddaniu go wpływowi wysokiego ciśnienia, początkowe ustawienie ulegnie zmianie. Powietrze przepływając z zestawu butlowego do komory wysokiego ciśnienia i dalej przez otwarty grzybek pierwszego stopnia wpływa do komory średniego ciśnienia. W komorze tej oraz w wężu średniociśnieniowym wzrasta ciśnienie, ponieważ grzybek drugiego stopnia jest zamknięty i dalszy przepływ jest niemożliwy. Wzrastające ciśnienie powietrza działa na membranę pierwszego stopnia powodując jej "podnoszenie". Gdy siła zależna od wartości średniego ciśnienia zrównoważy siłę sprężyny 2 i siłę zależną od ciśnienia w komorze wodnej grzybek pierwszego stopnia dosunie się do gniazda, zamykając dalszy przepływ powietrza. Automat jest przygotowany do pracy. 3. Rozpoczęcie wdechu przez płetwonurka powoduje spadek ciśnienia powietrza w komorze powietrznej drugiego stopnia i zachwianie równowagi sił działających na membranę drugiego stopnia. Ugięcie membrany zostanie przekazane za pośrednictwem dźwigni i podciągacza na grzybek drugiego stopnia, który odsuwając się od gniazda umożliwi przepływ powietrza z komory średniego ciśnienia do komory powietrznej 4. Spadek ciśnienia w komorze średniego ciśnienia spowoduje, że membrana pierwszego stopnia ugnie się pod wpływem siły pochodzącej od nacisku sprężyny 2, a to wywoła otwarcie pierwszego stopnia redukcji. Przepływ będzie trwał tak długo, jak długo będzie zachwiana równowaga sił na membranie. 5. Zakończenie wdechu spowoduje wyrównanie się ciśnień w komorze powietrznej i wodnej drugiego stopnia automatu oddechowego i zamknięcie grzybka na drugim stopniu. Pierwszy stopień zamknie się, gdy siła wywołana przez średnie ciśnienie zrównoważy nacisk sprężyny 2 i ciśnienia w komorze wodnej (pierwszy rysunek). .

Zanurzanie

Zanurzanie się płetwonurka spowoduje wzrost ciśnień w komorach wodnych pierwszego i drugiego stopnia redukcji. Zostanie zachwiana równowaga ciśnień na membranach, co wywoła ich ugięcie i otwarcie obu grzybków do czasu wzrostu ciśnienia w komorze powietrznej do wartości równej ciśnieniu w komorze wodnej drugiego stopnia, a w komorze średniego ciśnienia do stałej wartości nadciśnienia. 

Pamiętajmy że zawsze jako pierwszy otwiera się i zamyka grzybek drugiego stopnia a dopiero potem grzybek pierwszego stopnia.

W czasie gdy wypływamy na powierzchnię i nie bierzemy wdechu nadmiar powietrza opuszcza automat przez zawór wydechowy.

Zawór wydechowy w automatach dwustopniowych o stopniach rozdzielonych ma najczęściej postać krążka wykonanego z gumy lub silikonu znajdującego się po zewnętrznej stronie obudowy automatu i zasłaniającego otworki w jego obudowie (rys. zaworki wydechowe). Automat może posiadać dwa zaworki wydechowe umieszczone obok siebie lub jeden zaworek eliptyczny. Zwiększenie powierzchni zaworka ma na celu obniżenie oporów wydechowych.

Zaworek wydechowy znajduje się poniżej ustnika w najniższej części obudowy drugiego stopnia i tylko taka pozycja może nam zapewnić pewność że jeden wdech wystarczy do opróżnienie automatu z wody. (patrz "zalanie" automatu oddechowego).