Дайвинг воздушный компрессор

Дайвинг воздушный компрессор

Небольшая стационарная водолазная компрессорная установка высокого давления.
Другие имена	Компрессор воздуха для дыхания
Использование	Заполнение баллонов для дайвинга (высокое давление) Подача воздуха для дыхания с поверхности (низкое давление)

Небольшая станция заправки и смешивания с аквалангом, снабженная компрессором и аккумулятором.

Компрессор воздуха для дыхания низкого давления, используемый для погружений с поверхности в контрольной точке на поверхности.

Компрессор воздуха для дайвинга — это компрессор воздуха для дыхания , который может подавать воздух для дыхания непосредственно водолазу, питающемуся с поверхности, или наполнять баллоны для дайвинга под высоким давлением воздухом , достаточно чистым для использования в качестве гипербарического дыхательного газа . Воздушный компрессор низкого давления для дайвинга обычно имеет давление нагнетания до 30 бар, которое регулируется в зависимости от глубины погружения. Компрессор для дайвинга высокого давления имеет давление нагнетания, которое обычно превышает 150 бар, а обычно составляет от 200 до 300 бар. Давление ограничивается клапаном избыточного давления, который можно регулировать.

Большинство воздушных компрессоров высокого давления для дайвинга представляют собой многоступенчатые поршневые компрессоры с масляной смазкой, межступенчатым охлаждением и ловушками для конденсации. Компрессоры низкого давления могут быть одно- или двухступенчатыми и могут использовать другие механизмы, помимо поршней возвратно-поступательного движения. Когда давление на входе превышает давление окружающей среды, машина называется подкачивающим газовым насосом .

Выходящий воздух обычно необходимо фильтровать, чтобы поддерживать чистоту до уровня, подходящего для газа для дыхания на соответствующей глубине погружения. Стандарты чистоты дыхательного газа публикуются для обеспечения безопасности газа. Также может потребоваться фильтрация всасываемого воздуха для удаления твердых частиц, а в некоторых средах может потребоваться удаление углекислого газа с помощью скруббера . Качество входящего воздуха имеет решающее значение для качества продукта, поскольку многие виды примесей невозможно удалить после сжатия. Конденсированный водяной пар обычно удаляется между этапами после охлаждения сжатого воздуха для повышения эффективности сжатия .

Компрессоры высокого давления могут быть оснащены большими баллонами для хранения и панелью для наполнения переносных баллонов, а также могут быть связаны с для смешивания газов оборудованием . Компрессоры для дайвинга низкого давления обычно подают сжатый воздух на газораспределительную панель через объемный резервуар , что помогает компенсировать колебания спроса и предложения. Воздух из газовой панели подается к водолазу через водолазный шлангокабель .

Машины

Заполнение баллона с панели

Компрессор воздуха для дыхания низкого давления, предназначенный для использования с водолазным снаряжением на самолетах.

Компрессоры высокого давления для дайвинга обычно представляют собой трех- или четырехступенчатые поршневые воздушные компрессоры, которые смазываются высококачественным минеральным или синтетическим компрессорным маслом, не содержащим токсичных присадок (некоторые используют цилиндры с керамической футеровкой и уплотнительными кольцами, а не поршневыми кольцами). не требующие смазки). В компрессорах с масляной смазкой следует использовать только смазочные материалы, указанные производителем компрессора как подходящие для использования с воздухом для дыхания. Для очистки воздуха от большей части остатков масла и воды используются специальные фильтры (см. «Чистота воздуха»).

Компрессоры меньшего размера часто смазываются разбрызгиванием - масло разбрызгивается по картеру под воздействием коленчатого вала и шатунов - но более крупные компрессоры, скорее всего, будут иметь смазку под давлением с использованием масляного насоса, который подает масло в критические зоны через трубы и каналы. кастинги. Большинство компрессоров с масляной смазкой имеют мокрый картер в нижней части картера, и для правильной смазки требуется, чтобы уровень масла находился в пределах, указанных в смотровом стекле или щупе. Во время работы компрессор также должен находиться в горизонтальном положении, указанном производителем. Эти ограничения гарантируют, что смазочный материал находится в нужном месте для контакта движущихся частей с ним для смазки разбрызгиванием или для надежного всасывания в масляный насос. Несоблюдение этих требований может привести к повреждению компрессора из-за чрезмерного трения и перегрева, а также загрязнению воздуха для дыхания токсичными продуктами распада смазочных материалов.

Процесс сжатия помогает удалить воду из газа, делая его сухим, что полезно для уменьшения коррозии водолазных баллонов и замерзания водолазных регуляторов , но способствует обезвоживанию , фактору декомпрессионной болезни , у дайверов, вдыхающих газ.

Компрессоры для дайвинга низкого давления обычно представляют собой одноступенчатые компрессоры, поскольку давление нагнетания относительно низкое.

Чистота воздуха

Сжатый воздух, выходящий из компрессора, необходимо фильтровать , чтобы сделать его пригодным для использования в качестве дыхательного газа. Периодически воздух, производимый компрессором, необходимо проверять на соответствие стандартам чистоты воздуха. Частота тестирования, загрязняющие вещества, которые необходимо анализировать, и допустимые пределы различаются в зависимости от приложения и юрисдикции. Следующие примеси могут быть проверены на наличие:

• Углекислый газ –
• Окись углерода – газ, который присутствует в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, в том числе тех, которые часто используются для привода компрессоров. Это также происходит из-за разрушения смазочного масла, когда компрессоры перегреваются. Угарный газ не имеет запаха, цвета и вкуса. Он смертелен даже в небольших количествах, поскольку легко связывается с гемоглобином в эритроцитах и ​​таким образом разрушает способность крови переносить кислород. Компрессоры воздуха для дыхания должны быть тщательно спроектированы и размещены так, чтобы воздухозаборник компрессора находился на достаточном расстоянии от выхлопных газов двигателя и выше по потоку.
• Пары смазочного масла. Масло, которое необходимо использовать для смазки внутренних частей компрессора, может быть вредным, если оно загрязняет дыхательный газ и вдыхается в виде тумана. Нефтяные масла не усваиваются и не метаболизируются организмом и покрывают внутреннюю поверхность легких, вызывая состояние, известное как липоидная пневмония, и приводящее к удушью и смерти. По этой причине компрессоры необходимо тщательно проектировать и обслуживать, чтобы гарантировать, что загрязнение дыхательного газа маслом находится в безопасных пределах. Используемые масла должны быть одобрены производителем компрессоров и признаны безопасными для компрессоров воздуха для дыхания. ряд минеральных и синтетических масел . Для этого применения несколько производителей смазочных материалов поставляют
• Всего углеводородов –
• Диоксид азота –
• Запах и вкус –
• Твердые частицы –
• Водяной пар . Допустимые пределы содержания влаги зависят от давления: влажный воздух не вреден для дайвера и уменьшает обезвоживание, поэтому приемлем при низком давлении воздуха для дыхания для подачи с поверхности в гораздо более высокой концентрации, чем при хранении в баллонах высокого давления, где возникает коррозия. конденсация является проблемой, а также может произойти замерзание регулятора .

Фильтрация

Принципиальная схема трехступенчатого компрессора воздуха для дыхания высокого давления:

• F1: впускной фильтр
• 1: поршень первой ступени
• C1: охлаждающий змеевик первой ступени
• OP1: клапан избыточного давления
• 2: поршень второй ступени
• C2: охлаждающий змеевик второй ступени
• S1: водоотделитель второй ступени
• OP2: клапан избыточного давления
• 3: поршень третьей ступени
• C3: охлаждающий змеевик третьей ступени
• S2: водоотделитель третьей ступени
• F2: основной фильтр
• OP3: клапан избыточного давления
• BP: обратный клапан
• G: манометр
• W: наполняющий кнут

Фильтры удаляют:

• Твердые частицы из всасываемого воздуха при использовании бумажных фильтров
• Вода с использованием водоотделителей, силикагеля , активированного оксида алюминия или молекулярного сита.
• Масло с использованием активированного угля или молекулярного сита.
• Оксид углерода с использованием катализатора ( гопкалит )
• углекислого газа с использованием фильтра предварительной очистки (скруббера). В зависимости от качества всасываемого воздуха может потребоваться использование

Фильтрация низкого давления

Всасываемый воздух для компрессора высокого давления должен быть чистым и иметь низкое содержание углекислого газа. Удаление твердых частиц обычно осуществляется с помощью пылевого фильтра бумажного типа на входе первой ступени. При необходимости углекислый газ можно удалить с помощью скруббера. В настоящее время нет необходимости очищать чистый свежий воздух, но воздух в центре города может иметь чрезмерно высокое содержание углекислого газа, а стандартное содержание углекислого газа в атмосферном воздухе медленно увеличивается. Для эффективной работы абсорбирующего материала для очистки от углекислого газа требуется влага, а влажный воздух нежелателен для других фильтрующих материалов, поэтому очистка от углекислого газа часто удаляется системой предварительной фильтрации перед сжатием воздуха.

высокого

Когда воздух сжимается, парциальное давление водяного пара пропорционально увеличивается. Воздух также нагревается за счет сжатия, а при охлаждении между ступенями в змеевиках промежуточного охладителя относительная влажность увеличивается, и когда она превышает 100%, она имеет тенденцию конденсироваться на поверхности трубок и в виде капель, переносимых воздухом. транслировать. Воздух из змеевиков промежуточного охладителя подается в трубу с вертикальной осью большого диаметра сепаратора, где он меняет направление примерно на 90 градусов и значительно замедляется. Когда поток воздуха меняет направление в сторону выпускного отверстия в верхней части корпуса сепаратора, более плотные капли имеют тенденцию ударяться о стенки и сливаться в пленку, которая будет стекать вниз к нижней части сепаратора и собираться там, где она может периодически скапливаться. сливается через сливной клапан. Это снижает содержание воды в вытяжном воздухе, который затем снова сжимается в цилиндре следующей ступени, снова охлаждается, а конденсирующаяся вода снова удаляется следующим сепаратором.

После окончательной стадии разделения относительно свободный от капель, но влажный воздух проходит через фильтр, чтобы удалить еще больше воды и любых других загрязнений, которые адсорбирует фильтрующий материал. Эффективность осушения и фильтрации зависит от значительного сжатия и ограниченной скорости потока, что требует противодавления на выходе конечной ступени, чтобы противостоять потоку при низком давлении наполнения. Обратный клапан, установленный на выходе из комплекта фильтров окончательной очистки, влияет на эффективность работы фильтра.

Завершающим этапом очистки воздуха является фильтрация остаточной влаги, масла и углеводородов и, при необходимости, каталитическая конверсия окиси углерода. Все это зависит от достаточного времени контакта с фильтрующим материалом, известного как «время пребывания», поэтому либо фильтр должен иметь длинный воздушный путь, либо воздух должен течь медленно. Медленный поток воздуха легко достигается за счет высокой степени сжатия, поэтому фильтрация лучше всего работает при рабочем давлении на выходе компрессора или близком к нему, и это достигается с помощью обратного клапана, который позволяет воздуху выходить из фильтра только при давлении, превышающем установленное давление. .

Система фильтрации включает один или несколько сосудов под давлением, известных как фильтрующие башни, с предварительно упакованным картриджем или свободным фильтрующим материалом, обратный клапан, один или несколько манометров и коалесцирующий сепаратор. После прохождения конечного змеевика промежуточного охладителя сжатый воздух проходит через сепараторы для механического удаления конденсированной воды и капель масла, после чего другие загрязнения повторно удаляются в фильтрах путем химического связывания, абсорбции и катализа. Первый фильтрующий материал является влагопоглощающим, поскольку загрязнение водой может снизить эффективность некоторых других сред. Далее идет катализатор преобразования окиси углерода (если он используется), затем активированный уголь и, наконец, сажевый фильтр, который также улавливает пыль из фильтрующего материала. Соотношение осушителя и активированного угля будет где-то около 70/30.

Способность удалять примеси из воздуха, проходящего через фильтрующий материал, во многом зависит от того, как долго воздух остается в контакте с фильтрующим материалом во время прохождения через пакет фильтров, что называется временем пребывания. Более длительное время пребывания в фильтре является эффективным способом увеличения времени контакта, и оно пропорционально давлению воздуха в корпусе фильтра. При использовании обратного клапана воздуху всегда требуется примерно одинаковое время для прохождения через фильтр, а фильтрация является постоянной (при условии постоянной рабочей скорости). Обратный клапан обычно устанавливается на давление, близкое к рабочему компрессору, чтобы обеспечить достаточное сжатие воздуха для эффективной работы фильтров.

Подаваемый воздух должен иметь точку росы ниже рабочей температуры баллона, которая обычно выше 0°C при погружении, но может быть холоднее во время транспортировки. Температура воздуха также снижается во время расширения через регулятор во время использования, и когда эта температура достаточно низка для замерзания конденсата, это может заблокировать движущиеся части регулятора и вызвать свободный поток, известный как внутреннее обледенение. Правильное противодавление также обеспечивает относительно равномерную нагрузку ступеней компрессора, что снижает вибрацию, вызванную дисбалансом, и продлевает срок службы компрессора.

Фильтрующий материал с активированным углем лучше всего работает в сухом состоянии, поэтому его обычно загружают в комплект фильтров, чтобы воздух сначала проходил через осушающий материал, обычно молекулярное сито. Гопкалитовый катализатор преобразует окись углерода в диоксид углерода, но для этого требуется очень сухой воздух — относительная влажность должна быть ниже 50 процентов — поэтому гопкалит загружается после осушителя. Абсорбент диоксида углерода может быть загружен после гопкалита.

Фильтрующие материалы

Осушители предназначены для поглощения водяного пара. В фильтрах воздуха для дыхания HP используются следующие осушающие материалы: активированный оксид алюминия , силикагель , сорбент и молекулярные сита . Некоторые сорта молекулярных сит могут поглощать до 23% воды от собственного веса, обеспечивать точку росы -75 °C (-103 °F) и иметь дополнительную способность поглощать углеводороды, диоксид углерода и другие органические вещества, а также работать при температуре до 49 °C (120 °F)120 градусов по Фаренгейту.

диоксида марганца на основе Катализаторы (Monoxycon и Hopcalite 300) используются для окисления угарного газа в гораздо менее токсичный углекислый газ. Это важно, если существует риск загрязнения угарным газом, поскольку он очень токсичен. Воздух, поступающий в слой катализатора, должен быть сухим (точка росы около −46 °C (−51 °F) –50 градусов), так как влага нейтрализует катализатор. После катализатора можно использовать абсорбент для удаления CO ₂ .

Активированный уголь поглощает как конденсирующиеся, так и газообразные углеводороды и эффективен при удалении запахов, органических соединений и галогенированных растворителей.

Баланс компрессора и обратный клапан

Последней частью газового контура компрессора является обратный клапан. Это подпружиненный клапан, который открывается, пропуская воздух только после того, как давление достигнет заданного давления. Обычно он устанавливается на давление, близкое к рабочему давлению компрессора, и выполняет две основные функции. Во-первых, это гарантирует, что после короткого периода запуска все ступени компрессора будут работать с расчетным давлением нагнетания, так что нагрузки на поршни будут устойчивыми и равномерно распределены вокруг коленчатого вала. Это нагрузка, при которой компрессор сбалансирован при расчетной рабочей скорости. Когда давление в любом цилиндре отличается от номинального, нагрузки будут несбалансированными, компрессор будет вибрировать сильнее, чем в сбалансированном состоянии, а подшипники вала будут более сильно нагружены и будут быстрее изнашиваться. Во время запуска компрессор сначала создает давление на первой ступени, он является несбалансированным, с большей нагрузкой на поршень этого цилиндра и будет вибрировать сильнее, чем обычно, поскольку на поршнях других ступеней нет эквивалентной нагрузки, а затем давление в остальные ступени наращиваются последовательно, пока все цилиндры не начнут работать с рабочим давлением, нагрузки на все поршни не станут одинаковыми, а обратный клапан не начнет открываться, позволяя сжатому газу поступать в распределительный щиток.

Давление

Воздушный банк

Установка компрессора воздуха для дыхания высокого давления

Панель наполнения дыхательным газом

Компрессоры для дайвинга обычно делятся на две категории: те, которые используются для дайвинга с поверхности , и те, которые используются для наполнения подводного баллонов для плавания и баллонов для хранения с надводной подачей.

Компрессоры для подводного плавания с надводной подачей воздуха имеют низкое давление и большой объем. Они подают воздух для дыхания непосредственно дайверу через панель управления газом, иногда называемую «стойкой», через шланг, который обычно является частью группы шлангов и кабелей, называемой «шланг». Их давление обычно составляет от 6 до 20 бар (от 100 до 300 фунтов на квадратный дюйм). Эти компрессоры должны быть достаточно мощными, чтобы подавать газ под достаточным давлением и объемом для нескольких дайверов, работающих на глубине примерно до 60 метров (200 футов).

Компрессоры, используемые для наполнения баллонов для подводного плавания, имеют высокое давление нагнетания и могут иметь низкий объем нагнетания. Они используются для наполнения водолазных баллонов и баллонов для хранения или блоков баллонов для хранения. Эти компрессоры могут быть меньше и менее мощными, поскольку объем подаваемого ими газа не так важен, поскольку он не используется дайвером напрямую; Компрессор меньшего объема можно использовать для наполнения больших баллонов-хранилищ в периоды низкого спроса. Этот накопленный сжатый воздух при необходимости можно перекачивать в водолазные баллоны. Обычное давление в баллонах для подводного плавания составляет 200 бар (2940 фунтов на квадратный дюйм), 3000 фунтов на квадратный дюйм (207 бар), 232 бар (3400 фунтов на квадратный дюйм) и 300 бар (4500 фунтов на квадратный дюйм).

Теплота сжатия

См. Также: Водолазный баллон § Заполнение.

При наполнении водолазных баллонов газ внутри них нагревается в результате адиабатического нагрева . Когда газ охлаждается, отдавая тепло окружающей среде, давление падает, как это описано общим уравнением газа и законом Гей-Люссака . Дайверы, чтобы максимально увеличить время погружения, обычно хотят, чтобы их баллоны были заполнены до безопасной емкости — рабочего давления. Чтобы предоставить дайверу баллон, наполненный до рабочего давления при номинальной температуре 15 или 20 ° C, баллон и газ должны сохраняться прохладными при наполнении или заполняться до такого давления, чтобы при охлаждении оно достигало рабочего давления. Это известно как развиваемое давление для температуры наполнения. Правила охраны труда и техники безопасности, а также стандарты проектирования сосудов под давлением могут ограничивать рабочую температуру баллона, обычно до 65 ° C, и в этом случае баллон необходимо наполнять достаточно медленно, чтобы избежать превышения максимальной рабочей температуры.

Цилиндры часто наполняются со скоростью менее 1 бар (100 кПа или 15 фунтов силы/дюйм² ) в секунду, чтобы дать время для передачи тепла в окружающую среду и ограничить это повышение температуры. В качестве метода более быстрого отвода тепла при наполнении баллона на некоторых заправочных станциях баллоны «мокро заполняются», погружая их в ванну с холодной водой. Существует повышенный риск внутренней коррозии баллона, вызванной попаданием влаги из влажной среды в баллон из-за загрязнения во время подсоединения наполнительного шланга во время мокрого наполнения.

Банк

Компрессоры могут быть подключены к группе больших баллонов высокого давления для хранения сжатого газа для использования в часы пик. Это позволяет более дешевому маломощному компрессору, который относительно медленно перекачивает газ, автоматически заполнять банк во время периодов простоя, сохраняя большой объем сжатого воздуха, так что партия баллонов может быть заполнена быстрее при пиковой нагрузке без задержек. медленно работающим компрессором. При подводном плавании с поверхности банки баллонов высокого давления могут использоваться в качестве аварийного резерва в случае отказа основного компрессора или в качестве основного источника дыхательного газа - система, также известная как « замена подводного плавания ».

Заполнение водолазных баллонов

Цилиндры можно заполнять непосредственно из выпускного отверстия компрессора или из заправочного коллектора через гибкий шланг высокого давления с заправочным клапаном и продувочным клапаном, известным как заправочный штуцер. Для контроля давления в баллоне по мере его наполнения предусмотрен манометр. Клапан избыточного давления или электрическое реле давления можно использовать для ограничения давления наполнения, если компрессор настроен на более высокое давление, чем развиваемое рабочее давление заполняемых цилиндров.

Смешивание газов

Панель смешения газов

Основная статья: Смешение газов для подводного плавания

Компрессоры могут быть подключены к панели смешивания газов для приготовления смесей найтрокса , тримикса , гелиэйра или гелиокса . Пульт контролирует декантацию кислорода и гелия из баллонов, купленных у коммерческих поставщиков газа.

Поскольку невозможно перекачивать в водолазный баллон из баллона-хранилища, в котором газ находится под более низким давлением, чем в баллоне-хранилище, дорогой газ в баллонах-хранилищах низкого давления не расходуется легко и может быть выброшен впустую при возврате баллона-хранилища. поставщику. Каскадная система может использоваться с банком баллонов-хранилищ для экономичного потребления этих дорогостоящих газов, так что из банка используется максимально экономически выгодный газ. Это включает в себя заполнение водолазного баллона путем сначала сцеживания из банковского баллона с самым низким давлением, которое превышает давление водолазного баллона, а затем последовательно из следующего баллона с более высоким давлением, пока водолазный баллон не заполнится. Система максимально увеличивает использование банковского газа низкого давления и сводит к минимуму использование банковского газа высокого давления.

Другой метод удаления дорогих газов низкого давления состоит в том, чтобы перекачивать их с помощью подкачивающего газового насоса, такого как насос Haskel , или добавлять их к всасываемому воздуху подходящего компрессора при атмосферном давлении в смесителе, известном как смесительный стержень .

Операция

От оператора воздушного компрессора для дайвинга может потребоваться официальный сертификат, подтверждающий его компетентность в эксплуатации воздушного компрессора для дайвинга и заправке баллонов высокого давления. В других юрисдикциях от оператора может потребоваться компетентность в использовании оборудования и внешней проверке баллонов на соответствие требованиям, но официальная лицензия или регистрация могут не требоваться. В других юрисдикциях контроль может вообще отсутствовать. Обычно применяется национальное и/или государственное законодательство по охране труда и технике безопасности.

Можно учитывать два основных аспекта: здоровье и безопасность оператора, который эксплуатирует опасное оборудование и подвергается механической и шумовой опасности от компрессорного оборудования, оборудования высокого давления и баллонов, а также здоровье и безопасность персонала. пользователь дыхательного газа, который полагается на оператора компрессора для обеспечения качества.

См. также

• Бустерный насос - машина для повышения давления жидкости.