Интерспиро DCSC

Принципиальная схема дыхательного контура ребризера полузамкнутого контура Interspiro DCSC
1 баллон с питательным газом Nitrox
2 Клапан цилиндра
3 Манометр
4 Регулятор первой ступени сырьевого газа
5 Дозирующая камера
6 Дозирующий механизм с тягой управления от крышки сильфона
7 противолегких с шарнирным сильфоном
8 Вес сильфона
9 Выпускной клапан с тягой управления от крышки сильфона
10 Скруббер с радиальным потоком
11 Шланг выдоха
12 Мундштук с клапаном погружения/поверхности и петлевыми обратными клапанами
13 Шланг для ингаляций
14 Ручной перепускной клапан
15 Клапан сигнализации низкого уровня газа

Interspiro DCSC полузамкнутого контура, — это найтроксный ребризер производимый шведской компанией Interspiro для военного применения.Interspiro ранее была подразделением AGA и с 1950-х годов занимается производством автономных дыхательных аппаратов для водолазных, пожарных и спасательных работ.

История

Первым ребризером Interspiro был ACSC — ребризер с чередующимся замкнутым и полузамкнутым контуром, который был разработан и поступил на рынок в 1980-х годах. В 1990-х годах эта конструкция получила дальнейшее развитие и стала DCSC, также предназначенной для противоминной защиты.

Строительство

Подача газа осуществляется в алюминиевом баллоне емкостью 5 л и давлением 200 бар, установленном горизонтально в нижней части агрегата с клапаном слева от дайвера. Резервный клапан и перепускной клапан также находятся слева.

Корпус обтекателя, удерживающий компоненты, прикреплен к трубчатой ​​раме жгутов, и его можно освободить, потянув за ручку в правом нижнем углу.

Скруббер представляет собой цилиндрическую конструкцию с радиальным потоком и входящим потоком. Он содержит 2,5 кг абсорбента.

Противолегкое представляет собой сильфон клиновидной формы, шарнирно закрепленный на нижней кромке, угол между верхней и нижней крышками пропорционален внутреннему объему. Изменение угла верхней пластины при дыхании дайвера управляет механизмом добавления газа.

Верхняя пластина сильфона снабжена балластом, так что подъемная сила воздуха внутри уравновешивается грузами: когда дайвер балансирует горизонтально лицом вниз, грузы создают небольшое положительное давление по отношению к окружающей среде. Это компенсирует разницу в глубине между противолегкими и легкими дайвера, уменьшая усилие, необходимое для дыхания. Когда дайвер находится в вертикальном положении, действие грузов исключается, поскольку вес переносится на шарнир, а когда дайвер находится в горизонтальном положении лицом вверх, вес вызывает небольшое отрицательное давление в сильфонах, которое компенсирует повышенное гидростатическое давление на противолегкое по сравнению с легкими.

Сливной клапан контура также выполняет функцию слива воды. Противолегкое находится на стороне выдоха петли. Вода из конденсата и утечек задерживается в сильфонах до того, как достигнет скруббера, и может быть сброшена через выпускной клапан контура, который установлен на нижней пластине сильфона.

Объем сильфона около 4,5 литров, общий объем контура около 7 литров.

Циркуляция газов: Шланг выдоха справа, вдоха слева.

Утвержденный диапазон рабочих глубин от 0 до 57 метров. Найтрокс 28% используется на глубинах ниже 30 метров. и 46% для меньших глубин.

Размеры

Масса около 33 кг.

Принцип действия

DCSC представляет собой ребризер с полузамкнутым контуром с активным добавлением, но он имеет больше общего с системами с пассивным добавлением, поскольку количество подаваемого питательного газа зависит от частоты дыхания дайвера. В отличие от большинства ребризеров с пассивным добавлением, массовый расход исходного газа не зависит от глубины и, в отличие от большинства систем с активным добавлением, не является постоянным массовым расходом.

Полузамкнутая схема с управлением по требованию

Interspiro DCSC — единственный продаваемый ребризер, использующий этот принцип управления газовой смесью. Принцип работы заключается в добавлении массы кислорода, пропорциональной объему каждого вдоха. Этот подход основан на предположении, что объемная частота дыхания дайвера прямо пропорциональна метаболическому потреблению кислорода, что, как показывают экспериментальные данные, достаточно близко к реальности. Добавление свежего газа осуществляется путем регулирования давления в дозировочной камере, пропорционального объему противолегочного сильфона. Дозирующая камера заполняется свежим газом до давления, пропорционального объему сильфона, с самым высоким давлением, когда сильфон находится в пустом положении. Когда сильфон заполняется во время выдоха, газ выпускается из дозировочной камеры в дыхательный контур пропорционально объему в сильфоне во время выдоха и полностью выпускается, когда сильфон заполнен. Избыточный газ сбрасывается в окружающую среду через клапан избыточного давления после заполнения сильфона.

В результате добавляется масса газа, пропорциональная объему вентиляции.

Объем дозирующей камеры подбирается под конкретную подаваемую газовую смесь и изменяется при смене газа. DCSC использует две стандартные смеси найтрокса: 28% и 46% и имеет две соответствующие дозировочные камеры.

DCSC регулирует давление питающего газа в дозирующей камере путем изменения угла сильфона, пропорционального изменению объема в контуре. Механическая связь соединяет крышку сильфона с качающимся кулачком, который контролирует нагрузку диафрагменной пружины. Сила пружины управляет диафрагмой в регуляторе дозировки, которая приводит в действие впускной и выпускной клапаны.

Выдох увеличит угол сильфона и увеличит нагрузку на управляющую пружину, открывая дозирующий впускной клапан и позволяя газу течь в дозировочную камеру до тех пор, пока повышенное давление не поднимет диафрагму и снова не закроет клапан.

Вдох уменьшит угол сильфона, что уменьшит нагрузку на пружину, а внутреннее давление в дозировочной камере поднимет диафрагму против пружины, открывая дозировочный выпускной клапан и позволяя газу поступать в дыхательный контур до тех пор, пока давление в дозаторе не уменьшится. Камера согласуется с силой пружины, и диафрагма прижимается к выпускному клапану, чтобы закрыть его.

Питающий газ подается регулятором первой ступени с компенсацией по глубине, который забирает газ из баллона и снижает давление на 3 бара выше давления окружающей среды.Рычаг, соединенный с сильфоном, вращает кулачок против управляющей пружины в регуляторе дозировки, чтобы регулировать усилие пружины на диафрагме регулятора дозировки.

Аварийные сигналы и предупреждения

Если подача газа к дозировочному механизму прекратится без предупреждения, подача газа прекратится, и дайвер будет израсходовать кислород в газе контура, пока он не станет гипоксическим и дайвер не потеряет сознание. Чтобы предотвратить это, на стороне вдоха контура имеется управляемое ограничение потока, которое приводится в действие давлением подаваемого газа в дозировочном механизме. Он открыт, когда в дозировочном механизме имеется подходящее рабочее давление, но если оно падает, система предупреждения о потоке налагает ограничение на поток вдыхаемого газа, аналогично влиянию низкого давления подачи на открытый регулирующий клапан, который предупреждает водолазу, что произошел сбой в подаче питательного газа. Затем дайвер может активировать резервный механизм на клапане баллона, который позволяет использовать последние 25 бар из баллона, что деактивирует предупреждающее ограничение. Если подача газа по-прежнему недостаточна, дайвер должен предпринять другие действия, например, перейти к независимому источнику газа с открытым контуром.

Парциальное давление кислорода в дыхательном контуре

Расчет газа отличается от других ребризеров полузамкнутого контура.Дайвер с постоянной рабочей нагрузкой в ​​аэробных условиях работы будет использовать примерно постоянное количество кислорода. $V_{O_{2}}$ как часть минутного объема дыхания $V_{RM}$. Это соотношение минутной вентиляции и потребления кислорода является коэффициентом экстракции. $K_{E}$и обычно находится в диапазоне от 17 до 25 при нормальном значении около 20 для здоровых людей. Были измерены значения от 10 до 30. Изменения могут быть вызваны диетой дайвера и мертвым пространством дайвера и оборудования, повышенным уровнем углекислого газа или повышенной работой дыхания и толерантностью к углекислому газу.

$K_{E}={\frac {V_{RM}}{V_{O_{2}}}}$ (около 20)

Следовательно, минутный объем дыхания можно выразить как функцию степени экстракции и поглощения кислорода:

$V_{RM}=K_{E}*V_{O_{2}}$

Объем газа в дыхательном контуре можно описать как приблизительно постоянный, и добавление свежего газа должно уравновешивать сумму сброшенного объема, метаболически удаленного кислорода и изменения объема из-за изменения глубины. (метаболический диоксид углерода, добавленный в смесь, удаляется скруббером и, следовательно, не влияет на уравнение)

Парциальное давление кислорода в DCSC регулируется расходом питающего газа через регулятор дозировки и потреблением кислорода водолаза. В этом случае скорость разгрузки равна скорости подачи минус потребление кислорода.

Изменение доли кислорода $dF_{O_{2}loop}$ в дыхательном контуре можно описать следующим уравнением:

$V_{loop}*dF_{O_{2}loop}=(Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}-(Q_{feed}-V_{O_{2}})*F_{O_{2}loop})dt$

Где:

$V_{loop}$ = объем дыхательного контура

$Q_{feed}$ = расход свежего газа, подаваемого через отверстие

$F_{O_{2}feed}$ = доля кислорода в подаваемом газе

$V_{O_{2}}$ = скорость потребления кислорода дайвером

Это приводит к дифференциальному уравнению:

${\frac {dF_{O_{2}loop}}{dt}}={\frac {(Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}(t)-(Q_{feed}-V_{O_{2}})*F_{O_{2}loop}(t))}{V_{loop}}}$

С решением:

$F_{O_{2}loop}(t)={\frac {Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{feed}-V_{O_{2}}}}+(F_{O_{2}loop}^{start}-{\frac {Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{feed}-V_{O_{2}}}})*e^{-{\frac {Q_{feed}-V_{O_{2}}}{V_{loop}}}t}$

Который включает в себя устойчивое состояние и переходный период.

Устойчивого состояния достаточно для большинства расчетов:

Стационарная доля кислорода в дыхательном контуре, $F_{O_{2}loop}$, можно рассчитать по формуле:

$F_{O_{2}loop}={\frac {(Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}})}{(Q_{feed}-V_{O_{2}})}}$

Где:

$Q_{feed}$ = Расход свежего газа, подаваемого через отверстие

$V_{O_{2}}$ = Скорость потребления кислорода дайвером

$F_{O_{2}feed}$ = Доля кислорода в подаваемом газе

в последовательной системе единиц.

Поскольку потребление кислорода является независимой переменной, фиксированная скорость подачи даст диапазон возможных фракций кислорода для любой заданной глубины. В целях безопасности диапазон можно определить путем расчета доли кислорода для максимального и минимального потребления кислорода, а также ожидаемой скорости.

Расход подаваемого газа является функцией минутного объема дыхания при поверхностном давлении и соотношения дозировок, основанного на объеме дозировочной камеры. Значения соотношения дозировок составляют 60% для большой камеры и 30% для маленькой камеры.

$Q_{feed}=K_{dosage}*V_{RM}$

Подстановка первого уравнения в это дает:

$Q_{feed}=K_{dosage}*K_{E}*V_{O_{2}}$

Это можно заменить на член устойчивого состояния, чтобы получить:

$F_{O_{2}loop}={\frac {(K_{dosage}*K_{E}*V_{O_{2}}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}})}{(K_{dosage}*K_{E}*V_{O_{2}}-V_{O_{2}})}}$

Что упрощает:

$F_{O_{2}loop}={\frac {(K_{dosage}*K_{E}*F_{O_{2}feed}-1)}{(K_{dosage}*K_{E}*-1)}}$

Это показывает, что не существует зависимости от глубины или от поглощения кислорода, и поскольку соотношение дозировок остается постоянным после выбора газа, ясно, что оставшиеся изменения обусловлены изменениями степени извлечения. Это означает, что DCSC теоретически имеет наиболее стабильную долю кислорода среди полузакрытых ребризеров и является разумной аппроксимацией открытого контура для целей декомпрессии. Устройство используется шведскими вооруженными силами более 15 лет и имеет хорошие показатели безопасности. Однако о большом декомпрессионном стрессе при использовании воздушных столов для декомпрессии при погружениях с использованием 28% подаваемого газа найтрокса свидетельствует наличие высоких показателей венозной газовой эмболии (VGE) после погружения. Во время этих испытаний не контролировалась доля кислорода в контуре.

Газовая выносливость

Резервный клапан активируется примерно при 25 бар. 5-литровый баллон при давлении 200 бар обеспечит около (200-25)*5 литров = 875 свободного газа при давлении 1 бар, доступного для погружения. RMV 30 л/мин для дайвера, работающего умеренно интенсивно, использование 28% найтрокса с дозировкой 0,6 позволит израсходовать газ за 875/(30*0,6) = 48 мин. 46%-ного найтрокса с дозировкой 0,3 хватит на 875/(30*0,3) = 97 минут. RMV 15 л/мин для легкой работы. удвоит это время.

Срок службы скруббера

Емкость скруббера – 2,5 кг натронной извести. Если используется консервативное значение 100 литров CO ₂ на кг, производительность скруббера составит 2,5*100 = 250 литров CO ₂ . При скорости извлечения 1/20 и дозировке 0,3 дайвер может произвести около 875/0,3*1/20 = 146 литров углекислого газа, что показывает, что выносливость не ограничивается скруббером.

См. также

• Ребризер - портативный аппарат для переработки дыхательного газа.