Automat oddechowy jedno stopniowy

Automat oddechowy, aby był łatwy w użytkowaniu musi spełnić kilka zadań:

  1. Redukować wartość ciśnienia: zgodnie z rytmem oddychania tzn. wypływ powietrza z automatu oddechowego nie może być ciągły rozpoczyna się w chwili rozpoczęcia wdechu i kończy z chwilą jego zakończenia.
  2. reagować na zmiany ciśnienia hydrostatycznego. Zmiana głębokości nurkowania powoduje zmianę ciśnienia, automat musi automatycznie dostosowywać się do tych zmian.
  3. umożliwić wydech, czynność ta powinna być równie łatwa jak wdech.
  4. poprawnie pracować w każdej pozycji, ustawienie automatu nie powinno powodować zaburzeń w jego pracy.
  5. zapewnić odpowiedni wydatek czynnika oddechowego,
  6. minimalizować opory oddechowe.

Wiemy już jak działa układ redukcji (grzybek-gniazdo), wiemy, że zmiana odległości między grzybkiem a gniazdem powoduje zmianę wielkości przepływu powietrza. Należy wprowadzić element zmieniający automatycznie tę odległość. Przy układzie redukcji przedstawionym na rysunku, rolę taką spełnia membrana, której ruch w dół przekazywany jest za pośrednictwem dźwigni i popychacza na grzybek który zostanie odsunięty od gniazda.

Powrotny ruch grzybka zapewnia sprężyna 1, która równocześnie zapewnia wstępny docisk grzybka do gniazda. Układ służy do zwielokrotnienia wartości małej siły powstającej na membranie a popychacz jest elementem wymaganym z przyczyn konstrukcyjnych. Elementy te znajdują się w metalowej obudowie, którą membrana dzieli na dwie części.
Dla zrozumienia przyczyn ruchu membrany należy zapoznać się z pojęciem parcia.

PARCIE

Parcie jest to siła powstała pod wpływem działania ciśnienia p na powierzchnię S

F = p * S (1)

gdzie:

p - ciśnienie [Pa],
S - pole powierzchni [m2]

W dalszej części skryptu parcie będziemy nazywać siłą. Rozważmy działanie układu składającego się z dwóch szczelnych komór rozdzielonych membraną, komorę górną nazwijmy komorą wodną, komorę dolną komorą powietrzną (rys. 9a). W komorze wodnej panuje ciśnienie Pw a w komorze powietrznej Pp. Sw i Sp to powierzchnia membrany od strony komory wodnej i od strony komory powietrznej.

Z wzoru (1) wynika że: siła Fw działająca na membranę od strony komory wodnej Fw= pw * Sw, a siła Fp od strony komory powietrznej Fp = pp * Sp W stanie równowagi
Fw = Fp
Z rysunku widać że powierzchnia membrany z obu stron jest jednakowa
Sw= Sp

wynika z tego wniosek, że wartość sił Fw i Fp czyli ruch membrany zależy tylko od wartości ciśnień pw i pp.

Wypadkowa sił Fw i Fp jest zerowa, gdy ciśnienie w obu komorach jest jednakowe (membrana nie ulega ugięciu) rys. 9a.

Interesuje nas tylko ugięcie membrany w dół (bo następuje wtedy odsuniecie grzybka od gniazda) a to nastąpi w dwóch przypadkach:

1). gdy w komorze powietrznej spadnie ciśnienie rys 9b,

2). gdy w komorze wodnej wzrośnie ciśnienie rys 9c.

Wróćmy do naszego automatu. automat oddehowy na rys. 10a jest podłączony do zestawu butlowego. W komorze wodnej i w komorze powietrznej panuje jednakowe ciśnienie. Membrana nie jest ugięta a sprężyna dociska grzybek do gniazda uniemożliwiając przepływ powietrza.

Wykonanie wdechu powoduje spadek ciśnienia w komorze powietrznej i w konsekwencji ugięcie membrany w dół. Grzybek odsunie się od gniazda. Nastąpi przepływ powietrza rys 10b. Zakończenie wdechu spowoduje wyrównanie ciśnień w komorach. Membrana przestanie oddziaływać na grzybek i sprężyna dociśnie go ponownie do gniazd, przepływ powietrza zostanie zatrzymany rys 10a.

W ten sposób pracuje automat oddechowy w czasie wdechu, praca automatu w czasie zanurzania jest przedstawiona na rys 11. Pod wodą wzrasta ciśnienie hydrostatyczne o 0.1at co 1m słupa wody. Aby automat reagował na te zmiany w komorze wodnej musi panować ciśnienie otoczenia. Gdyby tak nie było automat redukował by ciśnienie do stałej wartości, równej wartości ciśnienia w komorze wodnej rys 11b. Komora ta jest swego rodzaju komorą odniesienia. Ciśnienie w niej musi się zmieniać i być równe ciśnieniu hydrostatycznemu. Najłatwiej osiągnąć to łącząc komorę wodną z otoczeniem przy pomocy otworków w obudowie (rys 11 c). Powoduje to napełnianie komory wodnej w czasie nurkowania wodą co w pełni uzasadnia wprowadzoną wcześniej nazwę komora wodna. Komora dolna zawdzięcza swoją nazwę gazowi który ją wypełnia. Nasz automat reaguje już poprawnie na:

  1. spadek ciśnienia powietrza w komorze powietrznej, wywołany wdechem oraz na
  2. wzrost ciśnienia hydrostatycznego w komorze wodnej wywołany zwiększeniem głębokości nurkowania.


Dołożenie ustnika zwiększa komfort nurkowa, a wąż wdechowy zapewnia połączenie ustnika z automatem (rys automatu oddechowego jednostopniowy).
W ustniku znajdują się dodatkowo zaworki zwrotne, mogące się otwierać tylko w jedną stronę. Otwarcie to następuje pod wpływem różnicy ciśnień między stronami zaworka. Zaworki wykonane są z gumy w kształcie krążka i w czasie otwarcia odsłaniają otworki w obudowie ustniku umożliwiając przepływ powietrza.

 Zaworek 1 zabezpiecza wąż karbowany oraz komorę powietrzną przed zalaniem wodą. Zaworek 2 zabezpiecza ustnik. Otwarcie zaworka 1 następuje przy wdechu a zaworka 2 przy wydechu.

Teraz kiedy cały automat mamy skompletowany opiszemy jego działanie jeszcze raz w całości.

Redukcja ciśnienia następuje na układzie grzybek-gniazdo. Elementem sterującym ruchem grzybka w dół jest membrana, ruch jej, poprzez układ dźwigni (służących do zwielokrotnienia wartości siły), przekazywany jest na popychacz, który naciskając na grzybek odsuwa go od gniazda. Powrotny ruch grzybka zapewnia sprężyna. Zapewnia ona również wstępny docisk grzybka do gniazda. Wszystkie wyżej wymienione elementy znajdują się w obudowie przypominającej zewnętrznym wyglądem metalową puszkę. Membrana dzieli obudowę na dwie części. Część nad membraną jest nazywana komorą wodną, a część pod membraną komorą powietrzną. Z komory powietrznej wychodzi wąż wdechowy, który łączy się z ustnikiem. Wąż wydechowy łączący ustnik z komorą wodną, jest on zakończony zaworkiem wydechowym. Obudowa komory wodnej posiada otworki, dzięki którym w komorze wodnej panuje takie samo ciśnienie jak w otaczającej wodzie, a także powietrze wychodzące z węża wydechowego może przez nie wydostać się na zewnątrz automatu.

Rozpoczęcie wdechu powoduje powstanie podciśnienia w komorze powietrznej w stosunku do komory wodnej. Wypadkowa powstałej siły będzie miała pewną wartość F > 0, która będzie tym większa, im większa będzie różnica ciśnień. Membrana ugnie się, dzięki tej sile. Ruch ten zostanie przekazany na grzybek, który odsuwając się od gniazda umożliwi przepływ powietrza, z zestawu butlowego do komory powietrznej (KP).
Z komory powietrznej powietrze przepływa wężem wdechowym do ustnika i dalej przez drogi oddechowe płetwonurka do płuc.

Po skończonym wdechu ciśnienie po obu stronach membrany wyrówna się, membrana powróci do pozycji wyjściowej, a sprężyna dociśnie grzybek do gniazda uniemożliwiając dalszy przepływ powietrza.

Powietrze wydychane kierowane jest przez ustnik, wąż wydechowy, zawór wydechowy (kaczy dziób) do komory wodnej, skąd przez otworki w obudowie wydostaje się na zewnątrz automatu. Wyżej opisane działanie automatu oddechowego było wywołane wykonaniem wdechu i spadkiem ciśnienia w komorze powietrznej.

Ugięcie membrany nastąpi, także przy wzroście ciśnienia w komorze wodnej, co ma miejsce w czasie zwiększania głębokości nurkowania.
Zmiana ciśnienia następuje także w czasie wypływania. Powoduje to spadek ciśnienia w komorze wodnej. Dzięki temu że komora powietrzna poprzez wąż wdechowy, ustnik, wąż wydechowy jest połączona z zaworem wydechowym (kaczym dziobem) nadmiar rozprężającego się powietrza właśnie przez ten zawór i otworki w obudowie komory wodnej opuści automat oddechowy.

Uwaga: Podobna sytuacja występuje w czasie nieszczelności w układzie redukcji. Brak możliwości zatrzymania przepływu nie powoduje zwiększenia ciśnienia w komorze powietrznej bo nadmiar powietrza wypłynie przez węże i kaczy dziób do wody jako banieczki powietrza nazywane potocznie stałym wydatkiem. Nurkowi w takim wypadku nie zagraża niebezpieczeństwo uszkodzenia płuc o ile wydatek ten jest umiarkowany.. Taki Automat Oddechowy należy niezwłocznie oddać do serwisu.

Myślę że już najwyższy czas aby zapoznać się z budową automatu oddechowego dwustopniowego.