ГЛУБОКОВОДНЫЙ ВОДОЛАЗНЫЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ЗАМКНУТОЙ СХЕМЫ ДЫХАНИЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА Российский патент 2023 года по МПК B63C11/36 

Изобретение относится к области водолазной техники, а именно к водолазным дыхательным аппаратам замкнутой схемы дыхания с электронным управлением.

Известно глубоководное водолазное снаряжение СВГ-200 (СВГ-200В). Данное снаряжение используется для проведения глубоководных водолазных спусков в составе глубоководного водолазного комплекса с водолазным колоколом. Снаряжение СВГ-200 (СВГ-200В) основывается на дыхательном аппарате полузамкнутой схемы дыхания ИДА-72 (ИДА-72В), технические характеристики которого, при работе в штатном режиме, позволяют выполнять водолазные работы, при подаче дыхательной газовой смеси по шлангу, в течение 4 ч. При этом расход дыхательной газовой смеси одним водолазом, приведенный к нормальным условиям, с учетом постоянного подпора в водолазном шланге 1,1 МПа на поверхности составляет около 20 л/мин, а на глубине 200 м составляет 90-120 л/мин. При проведении глубоководных водолазных спусках в снаряжении СВГ-200 (СВГ-200В) используются дыхательные газовые смеси на основе гелия. В зависимости от предполагаемой глубины водолазного спуска и продолжительности водолазных работ предварительно готовятся дыхательные газовые смеси определенного состава с фиксированным содержанием кислорода. Декомпрессия водолаза проводится внутри водолазного колокола с его последующим переводом в глубоководный водолазный комплекс.

Конструкция аппарата предусматривает 3 режима работы:

рабочий - при непрерывной подаче дыхательной смеси по водолазному шлангу с подпором не менее 1,1 МПа;

- аварийный - с автоматическим переключением на подачу дыхательной смеси из баллонов аппарата и одновременной звуковой сигнализацией об этом в случае обрыва (пережатия) шланга или потере подпора до давления ниже 0,7-0,8 МПа. При этом автономное время работы аппарата на глубине 200 м составляет 20 мин.;

- по открытой схеме дыхания в аварийной ситуации с подачей дыхательной газовой смеси по шлангу, на который водолаз переключается самостоятельно [1].

Недостатками глубоководного водолазного снаряжения являются:

- низкая автономность дыхательного аппарата при прекращении подачи дыхательной газовой смеси с поверхности (падении давления подпора дыхательной газовой смеси в шланге);

- большая продолжительность декомпрессии водолаза, вызванная использованием дыхательных газовых смесей с фиксированным процентным парциальным давлением кислорода;

- высокий уровень расходования дыхательных газовых смесей, в составе которых находится дорогостоящий гелий;

- отсутствие контроля работоспособности (правильности работы) дыхательного аппарата водолазом и командиром спуска.

Известно глубоководное водолазное снаряжение SLS Mk IV производства фирмы «Divex» [2]. Данное снаряжение используется для проведения глубоководных водолазных спусков в составе глубоководного водолазного комплекса с водолазным колоколом. Снаряжение SLS Mk IV в основном режиме работает по замкнутой схеме дыхания. При этом дыхательная газовая смесь подается на вдох водолазу с судна по одному шлангу, а выдыхаемая смесь отводится обратно на судно по другому шлангу. На судне расположены специальный резервуар для сбора отработанной дыхательной смеси и системы по выделению из нее гелия, который после очистки может повторно использоваться для приготовления дыхательных газовых смесей. Смеси также готовятся предварительно в зависимости от глубины водолазного спуска и его продолжительности. Декомпрессия водолаза проводится внутри водолазного колокола с его последующим переводом в глубоководный водолазный комплекс.

В аварийной ситуации водолаз имеет возможность перехода на резервный дыхательный аппарат полузамкнутой схемы дыхания, время автономной работы которого на глубине 200 м составляет 22 мин [3].

Недостатками глубоководного водолазного снаряжения SLS Mk IV являются:

- низкая автономность дыхательного аппарата при прекращении подачи дыхательной газовой смеси с поверхности (падении давления подпора дыхательной газовой смеси в шланге);

- большая продолжительность декомпрессии водолаза, вызванная использованием дыхательных газовых смесей с фиксированным процентным парциальным давлением кислорода;

- высокая стоимость и сложность системы утилизации и очистки гелия;

- отсутствие контроля работоспособности (правильности работы) дыхательного аппарата водолазом и командиром спуска.

Известны водолазные дыхательные аппараты замкнутой схемы дыхания с электронным управлением. Данный тип дыхательных аппаратов получил широкое распространение среди дайверов в качестве аппарата для совершения автономных глубоководных (как правило до 100-120 м) водолазных спусков без привлечения специализированного судна, оборудованного глубоководным водолазным комплексом. Отличительной особенностью данного типа водолазных дыхательных аппаратов является наличие электронной системы контроля уровня парциального давления кислорода в дыхательном контуре аппарата и его автоматического поддержания в заданном диапазоне. Для этого аппарат оснащается двумя баллонами высокого давления в одном из которых находится кислород, а во втором - газ-разбавитель, состав которого выбирается исходя из максимальной глубины спуска. При увеличении внешнего давления (погружении водолаза) для компенсации сжатия дыхательной газовой смеси в дыхательный контур автоматически подается газ-разбавитель, а в случае падения парциального давления кислорода ниже заданного уровня в дыхательный контур автоматически подается необходимое количество кислорода [4].

Основными достоинствами использования водолазных дыхательных аппаратов с электронным управлением для совершения глубоководных погружений являются низкий расход дыхательных газовых смесей и поддержание в дыхательном контуре аппарата оптимального парциального давления кислорода, что значительно снижает время декомпрессии водолаза.

Недостатками водолазных дыхательных аппаратов с электронным управлением для совершения глубоководных погружений являются:

- низкая продолжительность нахождения водолаза на глубине ввиду необходимости прохождения декомпрессии с дыханием из аппарата (при автономности дыхательного аппарата от 4 до 6 часов, время нахождения на глубине 100-120 м, как правило, не превышает 30 мин);

- ввиду отсутствия в аварийной ситуации возможности захода водолаза внутрь водолазного колокола, водолазу необходимо брать с собой аварийные (запасные) дыхательные аппараты, обеспечивающие в случае выхода из строя основного дыхательного аппарата безопасный выход на поверхность по режиму декомпрессии;

- невозможность выполнения тяжелых водолазных работ;

- низкий уровень безопасности совершения глубоководного водолазного спуска, вызванный отсутствием у места погружения барокамеры для проведения лечебной рекомпрессии.

Задачами изобретения являются повышение безопасности водолазных работ и снижение материальных затрат на проведение глубоководных водолазных спусков с судов, оборудованных глубоководным водолазным комплексом.

Задача решается тем, что в составе глубоководного водолазного комплекса с водолазным колоколом используется шланговое водолазное снаряжение, в основе которого лежит аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода. При этом в отличие от снаряжений СВГ-200 (СВГ-200В) и SLS Mk IV дыхательный аппарат является основным средством обеспечения дыхания водолаза. То есть спуск водолаза на грунт производится в водолазном колоколе. На грунте водолаз для дыхания использует аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением, к которому подводится кабель-шланговая связка. В состав кабель-шланговой связки входят телефонный кабель, кабель видеосвязи и освещения, кабель электрообогрева, шланг подачи дыхательной газовой смеси (газа-разбавителя) и кабель передачи информации о состоянии водолаза и работе дыхательного аппарата. Дыхательная газовая смесь по шлангу подается на дыхательный автомат и используется для компенсации изменения объема газа в дыхательном контуре аппарата при изменении внешнего давления. Поддержание парциального давления кислорода в дыхательном контуре аппарата обеспечивается электронной системой, которая по необходимости подает определенное количество кислорода в дыхательный контур из баллона высокого давления, размещаемого на аппарате.

В случае возникновения нарушений в работе дыхательного аппарата водолаз имеет возможность перехода на дыхание смесью, подаваемой по кабель-шланговой связке, в режиме открытой схемы дыхания. При прекращении подачи дыхательной газовой смеси по шлангу, водолаз переходит на полностью автономный режим работы (газ-разбавитель и кислород начинают поступать из баллонов аппарата).

Предусмотрена передача данных о составе дыхательной газовой смеси в контуре аппарата по кабель-шланговой связке на пульт управления водолазным спуском, что позволяет командиру спуска и водолазному врачу осуществлять оперативный контроль состояния ДГС в дыхательном контуре, состояния водолаза и правильности работы дыхательного аппарата. На случай прекращения подачи электропитания по кабель-шланговой связке в электронно-вычислительный блок интегрирован автономный источник питания.

Сущность изобретения заключается в том, что оно аккумулирует положительные качества различных глубоководных водолазных дыхательных аппаратов, используемых в настоящее время. Применение глубоководного водолазного дыхательного аппарата указанной конструкции позволит обеспечить минимизацию расхода дыхательных газовых смесей, повысить автономность дыхательного аппарата и упростить состав глубоководного водолазного комплекса за счет отказа от систем сбора, утилизации и очистки отработанных дыхательных газовых смесей.

Новыми признаками изобретения являются использование водолазного дыхательного аппарата замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода в составе глубоководного водолазного комплекса и его применение в качестве основного источника дыхания.

Преимущество новых признаков заключается в решении задач снижения времени декомпрессии водолаза за счет поддержания оптимального парциального давления кислорода в дыхательном контуре аппарата, упрощении состава глубоководного водолазного комплекса за счет упразднения ряда систем, обеспечении возможности мониторинга правильности работы дыхательного аппарата с поста управления водолазным спуском и снижении расхода дыхательных газовых смесей, содержащих гелий. При этом использование изобретения позволит выполнять все виды водолазных работ различной сложности.

Предлагаемый глубоководный водолазный дыхательный аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода имеет четыре режима работы:

- основной по замкнутой схеме дыхания с подачей газа-разбавителя по кабель-шланговой связке;

- аварийный по замкнутой схеме дыхания с подачей газа-разбавителя от баллонов аппарата;

- аварийный по открытой схеме дыхания с подачей газа-разбавителя по кабель-шланговой связке;

- аварийный по открытой схеме дыхания с подачей газа-разбавителя от баллонов аппарата.

На фигуре 1 показан принцип работы изобретения. Глубоководный водолазный дыхательный аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода состоит из баллона высокого давления с кислородом 2, оснащенным манометром 1 для определения давления, запорной арматурой 3, а также редуктором среднего давления 4. Редуктор соединен шлангом с поглотительным патроном 9, куда при открытии электромагнитного клапана 7 подается кислород. Определение парциального давления кислорода в дыхательном контуре осуществляется путем считывания показаний не менее трех кислородных датчиков 10 и их анализа микропроцессорной электронной вычислительной машиной с интегрированным автономным источником питания для аварийного энергопитания 8, которая на основании полученных данных дает команду на открытие электромагнитного клапана и подачу кислорода, а также в режиме реального времени передает информацию на пульт командира водолазного спуска по кабелю 23, который входит в состав кабель-шланговой связки 32. Дыхание водолаза обеспечивается дыхательными мешками вдоха 22 и выдоха 5. В целях предотвращения повреждения дыхательного контура при понижении окружающего давления в мешок выдоха вмонтирован травяще-предохранительный клапан 6. Компенсация уменьшения объема дыхательной газовой смеси в контуре аппарата, возникающей при повышении окружающего давления, происходит за счет срабатывания дыхательного автомата 26, в который по кабель-шланговой связке подается газ-разбавитель. При падении подпора (давления) в кабель-шланговой связке ниже установленного предела срабатывает клапан переключения в автономный режим работы дыхательного аппарата 25, и происходит звуковое оповещение водолаза и командира спуска. В этом случае газ-разбавитель начинает поступать от баллона 31, оснащенного манометром 33 для определения давления, запорной арматурой 30, а также редуктором среднего давления 28. Одновременно по кабелю 29 на пульт командира спуска поступает сигнал о аварийной ситуации. Дыхательная газовая смесь из аппарата по шлангу 19 поступает в клапанную коробку с интегрированным легочным автоматом 15, закрепленную на водолазном шлеме 12. В целях обеспечения правильной циркуляции дыхательной газовой смеси по контуру аппарата в клапанную коробку установлены невозвратные клапаны вдоха 16 и выдоха 13. Выдыхаемая газовая смесь по шлангу 11 поступает обратно в поглотительный патрон. При нарушении герметичности дыхательного контура аппарата водолаз переходит на дыхание по открытой схеме, для этого ему необходимо повернуть маховик 17. Информация о переходе водолаза на открытую схему по кабелю 20 передается на пульт командира водолазного спуска. При необходимости водолазу провести вентиляцию подшлемного пространства или восстановить дыхание клапанная коробка оснащена кнопкой принудительной подачи газа 14, к которой по шлангу 18 подводится газ-разбавитель от дыхательного автомата. В целях повышения механической защиты элементов дыхательного аппарата они размещены в защитном кожухе 24. Для повышения На фигуре 2 показан общий вид изобретения. Глубоководный водолазный дыхательный аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода состоит из: клапанной коробки с интегрированным легочным автоматом 1, шланга выдоха 2, травяще-предохранительного клапана 3, дыхательного автомата 4, крышки поглотительного патрона с интегрированными кислородными датчиками 5, поглотительного патрона 6, коннекторов (штуцеров) подсоединения кабель-шланговой связки 7, шланга вдоха 8, шланга подачи ДГС на легочный автомат 9, манометра кислородного баллона 10, кислородного баллона 11, кислородного редуктора 12, электромагнитного клапана 13, электронного блока управления с интегрированным аккумулятором для аварийного энергопитания 14, мешка вдоха 15, блока переключения на аварийный режим работы с дыханием по открытой схеме 16, водолазного шлема 17, мешка выдоха 18, редуктора баллона с дыхательной газовой смесью 19, манометра баллона с дыхательной газовой смесью 20, баллона с дыхательной газовой смесью 21.

Литература

1. О. Слесарев. Водолазная техника ВМФ / О.М. Слесарев - М.: Военное издательство, 1990. - с. 56-75.

2. Снаряжение водолазное глубоководное SLS Mk IV. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию А44772РЭ - М.: ОАО «Тетис Про», 2014.

3. Резервный дыхательный аппарат с полузамкнутой схемой дыхания SLS Mk IV. Руководство по эксплуатации А44740РЭ - М.: ОАО «Тетис Про», 2014.

4. П. Бернабе. Путеводитель по техническому дайвингу / П. Бернабе, Ф. Бран, П. Стразера - М.: Издательство GAP, 2013. - с. 230-233.

Изобретение относится к области водолазной техники, а именно к глубоководным водолазным дыхательным аппаратам. Глубоководный водолазный дыхательный аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода состоит из клапанной коробки с интегрированным легочным автоматом, шланга выдоха, травяще-предохранительного клапана, дыхательного автомата, крышки поглотительного патрона с интегрированными кислородными датчиками, поглотительного патрона, коннекторов/штуцеров подсоединения кабель-шланговой связки, шланга вдоха, шланга подачи ДГС на легочный автомат, кислородного баллона, кислородного редуктора, электромагнитного клапана, электронного блока управления с интегрированным аккумулятором для аварийного энергопитания, мешка вдоха, блока переключения на аварийный режим работы с дыханием по открытой схеме, водолазного шлема, мешка выдоха, редуктора баллона с дыхательной газовой смесью, манометра баллона с дыхательной газовой смесью, баллона с дыхательной газовой смесью. Баллон высокого давления с кислородом оснащен манометром для определения давления. Редуктор соединен шлангом с поглотительным патроном, куда при открытии электромагнитного клапана подается кислород, с помощью не менее трех кислородных датчиков и их анализа микропроцессорной электронной вычислительной машиной с интегрированным автономным источником питания для аварийного энергопитания, считываются показания парциального давления кислорода в дыхательном контуре. Микропроцессорная электронная вычислительная машина на основании полученных данных дает команду на открытие электромагнитного клапана и подачу кислорода, а также в режиме реального времени передает информацию по кабелю, который входит в состав кабель-шланговой связки, на пульт командира водолазного спуска. Достигается минимизация расхода дыхательных газовых смесей, повышение автономности дыхательного аппарата в автономном режиме и упрощение состава глубоководного водолазного комплекса. 2 ил.

Глубоководный водолазный дыхательный аппарат замкнутой схемы дыхания с электронным управлением парциального давления кислорода, состоящий из клапанной коробки с интегрированным легочным автоматом, шланга выдоха, травяще-предохранительного клапана, дыхательного автомата, крышки поглотительного патрона с интегрированными кислородными датчиками, поглотительного патрона, коннекторов/штуцеров подсоединения кабель-шланговой связки, шланга вдоха, шланга подачи ДГС на легочный автомат, кислородного баллона, кислородного редуктора, электромагнитного клапана, электронного блока управления с интегрированным аккумулятором для аварийного энергопитания, мешка вдоха, блока переключения на аварийный режим работы с дыханием по открытой схеме, водолазного шлема, мешка выдоха, редуктора баллона с дыхательной газовой смесью, манометра баллона с дыхательной газовой смесью, баллона с дыхательной газовой смесью, отличающийся тем, что баллон высокого давления с кислородом оснащен манометром для определения давления, при этом редуктор соединен шлангом с поглотительным патроном, куда при открытии электромагнитного клапана подается кислород, с помощью не менее трех кислородных датчиков и их анализа микропроцессорной электронной вычислительной машиной с интегрированным автономным источником питания для аварийного энергопитания, считываются показания парциального давления кислорода в дыхательном контуре, при этом микропроцессорная электронная вычислительная машина на основании полученных данных дает команду на открытие электромагнитного клапана и подачу кислорода, а также в режиме реального времени передает информацию по кабелю, который входит в состав кабель-шланговой связки, на пульт командира водолазного спуска.