Дайвинг с ребризером - Rebreather diving

Обучение водолазов 2-го разведывательного батальона с ребризером Draeger LAR V

Дайвинг с ребризером является подводное плавание с помощью ребризеры, которые рециркулируют дыхательный газ уже используется дайвером после замены кислород используется дайвером и сняв углекислый газ продукт обмена. Дайвинг с ребризером используется рекреационными, военными и научными дайверами в тех случаях, когда он имеет преимущества перед аквалангом с открытым контуром, а подача дыхательного газа с поверхности невозможна. Основными преимуществами дайвинга с ребризером являются повышенная газовая выносливость и отсутствие пузырьков.

Ребризеры обычно используются для подводное плавание, но также иногда используются для спасение системы для подводное плавание. Системы регенерации газа используется для глубокого погружения с гелиоксом, используйте технологию, аналогичную ребризерам, как и насыщение дайвинг системы жизнеобеспечения, но в этих случаях водолаз не несет оборудование для рециркуляции газа. Атмосферные водолазные костюмы также используют технологию ребризера для рециркуляции дыхательного газа, но в этой статье рассматриваются технологии, опасности и процедуры использования ребризеров окружающего давления, которые несет дайвер.

Ребризеры сложнее в использовании, чем подводное плавание с открытым контуром, и имеют больший потенциал. точки отказа, поэтому приемлемо безопасное использование требует более высокого уровня навыков, внимания и ситуационной осведомленности, что обычно достигается за счет понимания систем, тщательного технического обслуживания и овладения практическими навыками эксплуатации и восстановление после сбоя.

Сравнение с разомкнутой цепью

Основной принцип

На небольшой глубине дайвер, использующий разомкнутая цепь дыхательный аппарат обычно использует только около четверти кислорода вдыхаемого воздуха, что составляет от 4 до 5% вдыхаемого объема. Оставшийся кислород выдыхается вместе с азот и углекислый газ - около 95% объема. По мере того, как дайвер погружается глубже, используется примерно такая же масса кислорода, что составляет все меньшую часть вдыхаемого газа. Поскольку потребляется лишь небольшая часть кислорода и практически никакой инертный газ, каждый выдох из комплекта акваланга открытого цикла представляет собой не менее 95% потраченного впустую потенциально полезного объема газа, который необходимо заменить из источника дыхательного газа. .

Ребризер рециркулирует выдыхаемый газ для повторного использования и не выпускает его немедленно в окружающую среду.^[1][2] Инертный газ и неиспользованный кислород сохраняются для повторного использования, а ребризер добавляет газ, чтобы заменить израсходованный кислород, и удаляет диоксид углерода.^[1] Таким образом, газ в контуре ребризера остается пригодным для дыхания и поддерживает жизнь, а дайверу нужно нести только часть газа, которая потребуется для системы с открытым контуром. Экономия пропорциональна давлению окружающей среды, поэтому она больше для более глубоких погружений и особенно значительна, когда в качестве разбавителя инертного газа используются дорогостоящие смеси, содержащие гелий. Ребризер также добавляет газ для компенсации сжатия при увеличении глубины и выпускает газ для предотвращения чрезмерного расширения при уменьшении глубины.

Преимущества

ВМС США Обезвреживание боеприпасов (EOD) дайверы

Преимущества эффективности

Основное преимущество ребризера перед дыхательными аппаратами с открытым контуром - это экономичное использование газа. При использовании акваланга с открытым контуром при выдохе дайвер полностью выдыхает воздух в окружающую воду. Дыхание через акваланг с открытым контуром, баллоны которого заполнены обычным воздухом, составляет около 21%.^[3] кислород. Когда этот выдох возвращается в окружающую среду, уровень кислорода в нем находится в диапазоне от 15 до 16%, когда дайвер находится при атмосферном давлении.^[3] Это оставляет доступное использование кислорода примерно на 25%; оставшиеся 75% потеряны. Поскольку оставшиеся 79% дыхательного газа (в основном азот ) инертен, дайвер с аквалангом открытого типа использует только около 5% содержимого своих баллонов.

На глубине преимущество ребризера еще более заметно. Скорость метаболизма дайвера не зависит от давления окружающей среды (т. Е. Глубины), поэтому скорость потребления кислорода не меняется с глубиной. Производство углекислого газа также не изменяется, поскольку оно также зависит от скорости метаболизма. Это заметное отличие от открытого контура, где количество потребляемого газа увеличивается с увеличением глубины, поскольку плотность вдыхаемого газа увеличивается с давлением, а объем вдоха остается почти неизменным.

Преимущества осуществимости

Длительные или глубокие погружения с использованием оборудования для подводного плавания с открытым контуром могут быть невозможны, поскольку существуют ограничения на количество и вес баллоны для дайвинга дайвер может нести. Экономия расхода газа также полезна, когда вдыхаемая газовая смесь содержит дорогие газы, такие как гелий. При обычном использовании на постоянной глубине потребляется только кислород: небольшие объемы инертных газов теряются во время одного погружения, в основном из-за выпуска газа при всплытии. Например, дайвер с ребризером с замкнутым контуром практически не расходует разбавляющий газ после достижения полной глубины погружения. При подъеме разбавитель не добавляется, однако большая часть газа в контуре теряется. Очень небольшое количество тримикс поэтому может длиться много погружений. Это не редкость для 3-литрового (19 кубических футов) Номинальная мощность ) баллон с дилуентом, рассчитанный на восемь погружений на глубину 40 м (130 футов).

Прочие преимущества

• За исключением всплытия, ребризеры с замкнутым контуром не производят пузырьков, не издают шума пузырьков и гораздо меньше шипения газа, в отличие от подводное плавание с открытым контуром;^[3] это может скрыть военные водолазы и позволить дайверам заниматься Морская биология и подводная фотография чтобы не тревожить морских животных и тем самым приблизиться к ним.^[4]
• Отсутствие пузырьков позволяет ныряльщикам-затонувшим кораблям заходить в закрытые пространства затонувших кораблей, не наполняя их медленно воздухом, что может ускорить ржавление, а также является преимуществом при погружении в пещеры, если на потолке есть рыхлый материал, который можно вытеснить пузырьками, что снижает видимость.
• Ребризер с полностью замкнутым контуром может использоваться для оптимизации доли инертных газов в дыхательной смеси и, следовательно, минимизации декомпрессия требований дайвера, поддерживая определенный и почти постоянный относительно высокий уровень кислорода частичное давление (ppO₂) на всех глубинах.
• Дыхательный газ в ребризере теплее и влажнее, чем сухой и холодный газ от оборудования с открытым контуром, что делает его более комфортным для дыхания при длительных погружениях и вызывает меньшее обезвоживание и охлаждение дайвера.
• Большинство современных ребризеров имеют систему чувствительных кислородных датчиков, которые позволяют дайверу или управляющей цепи регулировать парциальное давление кислорода. Это может дать существенное преимущество в конце более глубоких погружений, когда дайвер может поднять парциальное давление кислорода во время декомпрессии, что сокращает время декомпрессии. Необходимо следить за тем, чтобы парциальное давление кислорода не было таким, чтобы он мог стать токсичным. Исследования показали, что парциальное давление кислорода 1,6 бар может вызывать симптомы острой токсичности при длительном воздействии.^[5]
• Потеря массы во время погружения снижается, поскольку используется гораздо меньшее количество газа, поэтому плавучесть не сильно меняется по мере погружения, и требуется меньший вес балласта для компенсации использования газа.

Недостатки

По сравнению с аквалангом открытого цикла ребризеры имеют некоторые недостатки, в том числе стоимость, сложность эксплуатации и обслуживания, а также более критические пути к отказу. Неисправный ребризер может подавать газовую смесь, которая содержит слишком мало кислорода для поддержания жизни, слишком много кислорода, что может вызвать судороги, или может позволить углекислый газ дорасти до опасных уровней. Некоторые разработчики ребризеров пытаются решить эти проблемы, отслеживая систему с помощью электроники, датчиков и систем сигнализации. Они дороги и подвержены сбоям, неправильной настройке и неправильному использованию.^[6]

• Кислородные ребризеры (простой замкнутый контур) ограничены диапазоном малых глубин примерно 6 м, за пределами которого существует риск острого кислородное отравление очень быстро поднимается до неприемлемого уровня.
• Ребризеры с полузамкнутым контуром менее эффективны, чем кислородные ребризеры с открытым контуром, и более сложны с механической точки зрения.
• Ребризеры с замкнутым контуром еще более сложны с механической точки зрения и, как правило, полагаются на электронные приборы и системы управления для контроля и поддержания безопасной газовой смеси для дыхания. Это делает их более дорогими в производстве, более сложными в обслуживании и тестировании и чувствительными к намоканию их схем.
• В зависимости от сложности ребризера существует больше режимов отказа, чем у акваланга с открытым контуром, и некоторые из этих режимов отказа не могут быть легко распознаны дайвером без технологического вмешательства.

Основным недостатком ребризера является то, что из-за неисправности газ может оставаться доступным для дыхания, но предоставленная смесь может не поддерживать жизнь, и это может быть незаметно для пользователя. При разомкнутой цепи этот тип неисправности может произойти только в том случае, если дайвер выберет неподходящий газ, и наиболее распространенный тип неисправности разомкнутой цепи, отсутствие подачи газа, становится очевидным, и меры по исправлению, такие как переход на альтернативный источник питания, будут взял сразу.

В спасение Требование дайвинга с ребризером иногда может также потребовать от дайвера с ребризером, чтобы нести почти столько же цилиндры как дайвер открытого цикла, чтобы дайвер мог завершить необходимое декомпрессионные остановки если ребризер полностью вышел из строя.^[7] Некоторые дайверы с ребризерами предпочитают не брать с собой достаточно аварийных средств для безопасного всплытия с открытым контуром дыхания, а вместо этого полагаются на ребризер, полагая, что безвозвратный отказ ребризера очень маловероятен. Эта практика известна как альпинизм или же альпинистский дайвинг и, как правило, не рекомендуется из-за чрезвычайно высокого риска смерти в случае отказа ребризера.^[8]

Прочие отличия

Основное различие между дайвингом с ребризером и подводное плавание с открытым контуром дайвинг заключается в контроле нейтральной плавучести. Когда аквалангист открытого типа вдыхает, количество сильно сжатого газа из его баллона уменьшается с помощью регулятора и попадает в легкие в гораздо большем объеме, чем он находится в баллоне. Это означает, что дайвер имеет тенденцию слегка подниматься с каждым вдохом и слегка опускаться с каждым выдохом. Этого не происходит с дайвером с ребризером, потому что дайвер циркулирует примерно постоянный объем газа между его легкими и дыхательным мешком. Это не является преимуществом или недостатком, но требует некоторой практики, чтобы приспособиться к разнице.

Операция

Ребризер функционирует, удаляя углекислый газ из выдыхаемого газа, восполняя использованный кислород и предоставляя рециркулирующий газ под давлением окружающей среды, чтобы дайвер мог вдохнуть.

Эффективность

При погружении с ребризером типичная эффективная продолжительность дыхания скруббера составляет от получаса до нескольких часов, в зависимости от типа и размера скруббер из двуокиси углерода, температура окружающей среды, конструкция ребризера. В некоторых сухих открытых средах, таких как камера повторного сжатия или больница, можно положить свежий абсорбент в канистру, когда произойдет прорыв.

Управление миксом

Основная потребность в ребризере - сохранить частичное давление кислорода (ppO₂) в смеси от слишком низкого (вызывающего гипоксия ) или слишком высокий (вызывающий кислородное отравление ). Если добавляется недостаточно нового кислорода, доля кислорода в контуре может быть слишком низкой для поддержания жизни. У людей желание дышать обычно вызвано накоплением в крови углекислого газа, а не недостатком кислорода. Возникающая в результате серьезная гипоксия вызывает внезапное отключение электричества практически без предупреждения. Это делает гипоксия смертельная проблема для дайверов с ребризерами.

Метод, используемый для контроля диапазона парциального давления кислорода в дыхательном контуре, зависит от типа ребризера.

• В кислородном ребризере после тщательной промывки петли смесь становится статичной при 100% -ном содержании кислорода, а парциальное давление зависит только от глубины.
• В полузамкнутом ребризере смесь петель зависит от комбинации факторов:

• тип системы добавления газа и его настройки в сочетании с используемой газовой смесью, которые регулируют скорость добавления кислорода.
• скорость работы и, следовательно, скорость потребления кислорода, которая контролирует скорость истощения кислорода и, следовательно, результирующую фракцию кислорода.
• глубина, которая имеет обычный эффект увеличения парциального давления пропорционально атмосферному давлению и доле кислорода.

• В ручных дыхательных аппаратах с замкнутым контуром дайвер может контролировать смесь и объем газов в контуре вручную, впрыскивая каждый из различных доступных газов в контур и удаляя воздух из контура. Петля часто имеет предохранительный клапан для предотвращения травм, вызванных избыточным давлением в петле.

Narked at 90 Ltd - Deep Pursuit Advanced электронный контроллер ребризера.

В некоторых ранних кислородных ребризерах дайверу приходилось вручную открывать и закрывать клапан кислородного баллона, чтобы наполнять контрлегкое каждый раз, когда объем снижался. В других случаях поток кислорода поддерживается постоянным с помощью редукционного клапана потока, такого как клапаны на паяльная лампа цилиндры; в комплекте также есть ручной клапан включения / выключения, называемый обход. В некоторых современных кислородных ребризерах давление в дыхательном мешке контролирует поток кислорода, как клапан потребности в акваланге с открытым контуром; например, попытка вдохнуть из пустого мешка заставляет баллон выпускать больше газа.

Большинство современных электронных ребризеров замкнутого цикла имеют электрогальванические датчики кислорода и бортовая электроника, которая контролирует парциальное давление кислорода, впрыскивая больше кислорода, если необходимо, или выдает водолазу звуковое, визуальное и / или вибрационное предупреждение, если парциальное давление кислорода достигает опасно высокого или низкого уровня. обычно контролируется регулируемым давлением автоматический клапан дилуента, который работает по тому же принципу, что и клапан по запросу, для добавления разбавителя, когда вдох снижает давление в петле во время спуска или если дайвер удаляет газ из петли, выдыхая через нос.

Уставки

Эта секция нуждается в расширении. Вы можете помочь добавляя к этому. (Октябрь 2019)

Уставка или уставка - это заводская установка или значение, программируемое пользователем для желаемого парциального давления кислорода в контуре ребризера. Обратная связь фактического парциального давления кислорода, измеренного кислородными датчиками, сравнивается с заданными значениями, и если оно выходит за пределы верхнего и нижнего заданных значений, система управления активирует соленоидный клапан для добавления кислорода или газа-разбавителя. к контуру, чтобы скорректировать содержание кислорода до тех пор, пока оно не будет в пределах заданного значения. Обычно пользователь может отменить добавление газа путем ручного включения клапанов впрыска. Некоторые системы управления позволяют активировать переключение уставок по глубине, так что одна пара уставок может быть выбрана для основной части погружения, а другая, обычно более богатая, для ускоренной декомпрессии выше предельной глубины. Переключение происходит автоматически во время подъема.

Расчет смеси петель

В ребризерах с замкнутым контуром газовая смесь дыхательного контура либо известна (кислород), либо контролируется и регулируется в установленных пределах либо дайвером, либо схемой управления, но в случае полузамкнутых ребризеров, где газовая смесь зависит от предварительного настройки и нагрузки водолаза, необходимо рассчитать возможный диапазон газового состава во время погружения. Расчет зависит от количества добавляемого газа.

Парциальное давление кислорода в полузакрытом ребризере

Дайвер с постоянной нагрузкой во время аэробных рабочих условий будет использовать примерно постоянное количество кислорода. ${ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ как доля минутного дыхательного объема (RMV, или ${ displaystyle V_ {E}}$). Это соотношение минутной вентиляции и поглощения кислорода и есть степень экстракции. ${ displaystyle K_ {E}}$, и обычно попадает в диапазон от 17 до 25 с нормальным значением около 20 для здоровых людей. Были измерены значения от 10 до 30.^[9] Вариации могут быть вызваны диетой дайвера и мертвым пространством дайвера и оборудования, повышенным уровнем углекислого газа или повышенной работой дыхания и толерантностью к углекислому газу.

${ displaystyle K_ {E} = { frac {V_ {E}} {V_ {O_ {2}}}}}$ (≅20)

Поэтому 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)

Постоянный массовый расход

Парциальное давление кислорода в системе с постоянным массовым расходом регулируется расходом подаваемого газа через отверстие и потреблением кислорода дайвером. В этом случае скорость выгрузки равна скорости подачи за вычетом потребления кислорода.

Изменение доли кислорода ${ displaystyle dF_ {O_ {2} loop}}$ в дыхательном контуре можно описать следующим уравнением:^[10]

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

Где:

${ displaystyle V_ {loop}}$ = объем дыхательного контура

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

${ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = кислородная доля подаваемого газа

${ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = расход кислорода, поглощаемый дайвером

Это приводит к дифференциальному уравнению:

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

С решением:

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

Которая состоит из устойчивого состояния и переходного периода.

Срока устойчивого состояния достаточно для большинства расчетов:

Установившаяся доля кислорода в дыхательном контуре, ${ displaystyle F_ {O_ {2} loop}}$, можно рассчитать по формуле:^[10]

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

Где:

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

${ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = Скорость поглощения кислорода дайвером

${ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = Кислородная доля подаваемого газа

в единой системе единиц.

Поскольку потребление кислорода является независимой переменной, фиксированная скорость подачи дает диапазон возможных фракций кислорода для любой заданной глубины. В интересах безопасности диапазон может быть определен путем расчета доли кислорода для максимального и минимального потребления кислорода, а также ожидаемой скорости.

Пассивное дополнение

(без компенсации по глубине, также известный как выхлоп с регулируемым объемом (VVE)^[11])

Парциальное давление кислорода в системе пассивного добавления контролируется частотой дыхания дайвера. Подающий газ добавляется с помощью клапана, который эквивалентен функциональному клапану открытого контура, который открывается для подачи газа, когда дыхательный мешок пуст - подвижная верхняя пластина дыхательного мешка работает как диафрагма регулирующего клапана, приводя в действие открытие рычага. клапан при низком объеме дыхательного мешка. Объем может быть низким, потому что внутренний сильфон выпустил часть предыдущего вдоха в окружающую среду, или потому, что увеличение глубины привело к сжатию содержимого, или по сочетанию этих причин. Кислород, используемый дайвером, также медленно уменьшает объем газа в петле.

Изменение доли кислорода ${ displaystyle dF_ {O_ {2} loop}}$ в системе можно описать следующим уравнением:^[12]

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

Где:

${ displaystyle V_ {loop}}$ = объем дыхательного контура

${ displaystyle F_ {O_ {2} loop}}$ = доля кислорода в газовой смеси в дыхательном контуре

${ displaystyle Q_ {дамп}}$ = расход сброшенного газа

${ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = скорость поглощения кислорода дайвером

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

Это приводит к дифференциальному уравнению:

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

С решением:

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

Которая состоит из устойчивого состояния и переходного периода.

Срока устойчивого состояния достаточно для большинства расчетов:

${ displaystyle F_ {O_ {2} bag} (t) = { frac {(Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) * F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}} } {Q_ {dump}}}}$

Установившаяся доля кислорода в дыхательном контуре, ${ displaystyle F_ {O_ {2} loop}}$, можно рассчитать по формуле:^[12]

${ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = { frac {(Q_ {dump} + V_ {O_ {2}}) F_ {O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} {Q_ { свалка}}}}$

Где:

${ displaystyle Q_ {дамп}}$ = Расход газа, сбрасываемого концентрическим сильфоном

${ displaystyle V_ {O_ {2}}}$ = Скорость поглощения кислорода дайвером

${ displaystyle F_ {O_ {2} feed}}$ = Кислородная доля подаваемого газа

в единой системе единиц.

Сброшенный объем газа связан с истекшим минутным объемом и давлением окружающей среды. ${ displaystyle P_ {amb}}$:

${ displaystyle Q_ {dump} = P_ {amb} * K_ {мех} * V_ {E}}$

Где:

${ displaystyle K_ {мехов}}$ = коэффициент сильфона - соотношение между объемом выдыхаемого воздуха в дыхательных мешках и количеством сброшенного.

${ displaystyle V_ {E}}$ = минутный объем дыхания.

Путем замены:

${ displaystyle Q_ {dump} = P_ {amb} * K_ {мех} * K_ {E} * V_ {O_ {2}}}$

Что можно вставить в уравнение установившегося состояния, чтобы получить:

${ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = { frac {(P_ {amb} * K_ {мех} * K_ {E} * V_ {O_ {2}} + V_ {O_ {2}}) F_ { O_ {2} feed} -V_ {O_ {2}}} {P_ {amb} * K_ {bellows} * K_ {E} * V_ {O_ {2}}}}}$

Что упрощает:

${ displaystyle F_ {O_ {2} loop} = { frac {(P_ {amb} * K_ {bellows} * K_ {E} +1) F_ {O_ {2} feed} -1} {P_ {amb} * K_ {мех} * K_ {E}}}}$

В этом случае потребление кислорода и скорость подачи сильно взаимосвязаны, и концентрация кислорода в контуре не зависит от поглощения кислорода и, вероятно, останется в пределах довольно жестких допусков расчетного значения для данной глубины.

Кислородная фракция газа в контуре будет больше приближаться к подаваемому газу на большей глубине.

Приведенный выше вывод не учитывает разницу температур между содержимым легких при 37 ° C и дыхательным контуром, который обычно имеет более низкую температуру. RMV указывается в литрах в минуту при температуре тела и давлении окружающей среды, потреблении кислорода в стандартных литрах в минуту (STP) и общем объеме легких и дыхательного контура в фактических литрах.^[11] Это можно исправить, используя общее уравнение состояния газа, чтобы получить значения для этих переменных при температуре газа в контуре. Влияние температурных поправок на долю кислорода в петлевом газе обычно несколько ниже.^[13]

Максимальная рабочая глубина

MOD для ребризера с замкнутым контуром смешанного газа обычно основывается на MOD разбавителя, так как это самая бедная смесь, которую можно гарантировать. После промывки разбавителем газ должен быть пригодным для дыхания, и это ограничивает MOD, но можно использовать более одного варианта для разбавителя и переключить газ на гипоксическую смесь для более глубокого сектора погружения и на нормоксическую смесь для более мелкие сектора.

Расчеты MOD для SCR обычно основаны на MOD для полной концентрации подаваемого газа, так как затем его можно использовать для аварийной остановки на полной запланированной глубине погружения, и это оценка наихудшего случая токсичности петлевого газа. Расчеты MOD также могут быть выполнены для петлевого газа в соответствии с расчетами, но они могут изменяться, которые не всегда точно предсказуемы. Расчетные значения петлевого газа для пассивных систем добавления могут быть использованы для расчета рабочего режима MOD и подачи газа для аварийного MOD с учетом относительно стабильной доли петли в пассивных системах добавления, однако концентрация газа в петле может быть ближе к полной силе, если дайвер работает жесткий и вентиляция увеличивается сверх линейной степени вытяжки.

Спасение

Ребризер для дайвера с аварийным и декомпрессионным цилиндрами

Пока дайвер находится под водой, ребризер может выйти из строя и не сможет обеспечить безопасную дыхательную смесь на время подъема на поверхность. В этом случае дайверу нужен альтернативный источник дыхания: аварийный газ.

Хотя некоторые дайверы с ребризерами, которых называют "альпинисты "- не приносите спасения, стратегия спасения становится важной частью планирования погружений, особенно для длительных и более глубоких погружений. технический дайвинг. Часто запланированное погружение ограничивается мощностью экстренной помощи, а не мощностью ребризера.

Возможны несколько типов спасения:

• An разомкнутая цепь регулирующий клапан, подключенный к баллону дилуента ребризера. Хотя этот вариант имеет преимущества, заключающиеся в том, что он постоянно установлен на ребризере и не является тяжелым, количество газа, удерживаемого ребризером, невелико, поэтому предлагаемая защита невысока.
• Клапан с разомкнутой цепью, подключенный к кислородному баллону ребризера. Это похоже на спасение разжижителя открытого цикла, за исключением того, что его можно безопасно использовать только на глубине 6 метров (20 футов) или меньше из-за риска кислородного отравления.^[14]
• Независимая система разомкнутой цепи. Дополнительные баллоны тяжелые и громоздкие, но баллоны большего размера позволяют дайверу нести больше газа, обеспечивая защиту при всплытии при более глубоких и длительных погружениях. В дыхательный газ смесь должна быть тщательно подобрана, чтобы быть безопасной на всех глубинах подъема, в противном случае потребуется более одного набора.
• Независимая система ребризера.

Аварийный клапан (BOV)

Аварийный клапан представляет собой требуемый клапан открытого контура, установленный на мундштуке ребризера с ручным механизмом переключения из замкнутого контура в разомкнутый. Положение, выбирающее требуемый клапан открытого контура, может заменить закрытое состояние клапана погружения с поверхности (DSV), так как дыхательный контур эффективно герметичен при аварийном отключении.^{[нужна цитата ]} Аварийный клапан позволяет дайверу переключаться с замкнутой цепи на разомкнутую без необходимости менять мундштуки. Это может сэкономить время в чрезвычайной ситуации, так как аварийный аварийный клапан готов к немедленному использованию. Это может быть важно в ситуации тяжелой острой гиперкапния, когда дайвер физически не может задержать дыхание на время, достаточное для смены мундштука. Подача газа в BOV часто осуществляется из бортового баллона разбавителя, но могут быть предусмотрены меры для подачи газа за пределы судна с помощью быстроразъемных соединений.^{[нужна цитата ]}

Безопасность

Общий принцип безопасности дайвинга, заключающийся в том, что дайвер должен быть в состоянии справиться с любым единичным немедленно опасным для жизни отказом оборудования без посторонней помощи, подходит для погружений с ребризером.^{[нужна цитата ]}

Если восстановление после отказа оставляет дайвера в скомпрометированном положении, где существует режим единственной точки с высоким риском отказа, которым дайвер больше не может управлять, погружение должно быть прекращено.^{[нужна цитата ]}

Ребризеры имеют существенно более высокий риск механического отказа из-за их структурной и функциональной сложности, но его можно уменьшить за счет хорошей конструкции, которая обеспечивает резервирование критически важных элементов, и наличия достаточного количества альтернативных источников дыхательного газа для аварийной остановки, включая любую необходимую декомпрессию в случае отказа. Конструкции, сводящие к минимуму риск ошибок интерфейса человек-машина, и соответствующее обучение процедурам, связанным с этой областью, могут помочь снизить уровень смертности.^[15]

Некоторые вопросы безопасности погружений с ребризером можно решить путем обучения, другие могут потребовать изменения культуры технических дайверов. Основная проблема безопасности заключается в том, что многие дайверы становятся самодовольными по мере того, как они лучше знакомятся с оборудованием, и начинают пренебрегать контрольными списками перед погружением при сборке и подготовке оборудования к использованию - процедурам, которые официально являются частью всех программ обучения ребризеру. Также может быть тенденция пренебрегать техническим обслуживанием после погружения, и некоторые дайверы будут нырять, зная, что с устройством есть функциональные проблемы, потому что они знают, что в системе обычно предусмотрена избыточность. Эта избыточность предназначена для безопасного завершения погружения, если оно происходит под водой, за счет устранения критической точки отказа. Погружение с устройством, которое уже имеет неисправность, означает, что существует единственная критическая точка отказа в этом устройстве, которая может вызвать опасную для жизни аварию, если другой элемент на критическом пути выйдет из строя. Риск может возрасти на порядки.^[16]

Опасности

Помимо риска других расстройства дайвинга чем подвержены дайверы с открытым контуром, дайверы с ребризерами также более подвержены опасностям, которые напрямую связаны с эффективностью и надежностью общей и конкретной конструкции и конструкции ребризеров, не обязательно с принципами повторного дыхания:

• Внезапное отключение света из-за гипоксии, вызванной слишком низким частичное давление кислорода в контуре. Особой проблемой является падение атмосферного давления, вызванное фазой всплытия во время погружения, которое может снизить парциальное давление кислорода до гипоксического уровня, что иногда называется глубоководным затемнением.^[17]
• Судороги из-за кислородное отравление вызвано слишком высоким парциальным давлением кислорода в контуре. Это может быть вызвано повышением атмосферного давления, вызванным фазой спуска во время погружения, в результате чего парциальное давление кислорода поднимается до гипероксического уровня. В полностью замкнутом оборудовании старение кислородные датчики может стать «ограниченным по току» и не сможет измерить высокое парциальное давление кислорода, что приведет к опасно высоким уровням кислорода.
• Дезориентация, паника, Головная боль, и гипервентиляция из-за избыток углекислого газа вызвано неправильной конфигурацией, отказом или неэффективностью скруббер. Скруббер должен быть настроен таким образом, чтобы выдыхаемый газ не мог пройти через него; он должен быть правильно упакован и запечатан, и он имеет ограниченную способность поглощать углекислый газ. Другая проблема заключается в том, что дайвер производит углекислый газ быстрее, чем может справиться абсорбент; например, во время тяжелой работы, быстрого плавания или интенсивной работы по дыханию, вызванной чрезмерной глубиной конфигурации петли и сочетания газовой смеси. Чтобы решить эту проблему, нужно уменьшить усилия и позволить абсорбенту наверстать упущенное. Эффективность скруббера может быть снижена на глубине, где повышенная концентрация других молекул газа из-за давления не позволяет некоторым молекулам диоксида углерода достичь активного ингредиента скруббера до того, как газ выйдет на дальнюю сторону абсорбирующей стопки.^[18] Низкие температуры в скруббере также замедляют скорость реакции.
• Дайвер с ребризером должен постоянно вдыхать и выдыхать,^{[нужна цитата ]} чтобы выдыхаемый газ проходил через абсорбент диоксида углерода, чтобы абсорбент мог работать все время. Дайверам необходимо отказаться от любых привычек сохранения воздуха, которые могли выработаться во время погружений с разомкнутая цепь подводное плавание. В ребризерах с замкнутым контуром это также имеет то преимущество, что оно смешивает газы, предотвращая образование богатых кислородом и обедненных кислородом пространств внутри контура, что может давать неточные показания для системы контроля кислорода.
• «Едкий коктейль» в петле, если вода попадает в газировка со вкусом лайма используется в углекислый газ скруббер. Дайвера обычно предупреждает об этом привкус мела во рту. Безопасный ответ - выпрыгнуть, чтобы «разомкнуть контур» и прополоскать рот.
• Медленный низкотемпературный запуск химиката, поглощающего диоксид углерода. Это особая проблема химического ребризера Chemox, которому требуется влажность дыхания для активации супероксида калия и поглощения диоксида углерода.^[19] А хлоратная свеча Может быть предусмотрено, что производит достаточно кислорода, чтобы дыхание пользователя могло активировать систему.^[19]

Неотъемлемые ограничения типов ребризеров

У каждого типа ребризера есть ограничения по безопасному рабочему диапазону и определенные опасности, присущие методу эксплуатации, которые влияют на рабочий диапазон и рабочие процедуры.

Кислородный ребризер

Кислородные ребризеры просты и надежны благодаря своей простоте. Газовая смесь известна и надежна при условии, что контур надлежащим образом промывается в начале погружения и используется правильный газ. Мало что может пойти не так с функцией, кроме затопления, утечки и истощения газа, которые очевидны для пользователя, и нет риска декомпрессионной болезни, поэтому аварийный подъем на поверхность всегда возможен. в открытой воде. Критическим ограничением кислородного ребризера является очень небольшая глубина из-за соображений токсичности кислорода.

Активное добавление SCR

SCR с активным добавлением различаются по сложности, но все работают с дыхательным контуром, который обычно находится около верхнего предела его пропускной способности. Следовательно, если система добавления газа выходит из строя, объем газа в контуре обычно остается достаточным, чтобы не предупреждать дайвера о том, что кислород истощается, и риск гипоксии относительно высок.

Постоянный массовый расход SCR

Аквалангист с ребризером полузамкнутого контура с постоянным массовым расходом Draeger Dolphin

Добавление постоянного массового расхода обеспечивает добавление газа в контур, который не зависит от глубины и метаболического потребления кислорода. Если не принимать во внимание добавку для компенсации увеличения глубины, срок службы устройства в основном фиксируется для данной комбинации отверстия и подачи газа. Однако парциальное давление кислорода будет варьироваться в зависимости от метаболических требований, и это обычно предсказуемо только в определенных пределах. Неопределенный состав газа означает, что оценки наихудшего случая обычно делаются как для максимальной рабочей глубины, так и для соображений декомпрессии. Если газ не контролируется в реальном времени декомпрессионным компьютером с кислородным датчиком, эти ребризеры имеют меньший безопасный диапазон глубины, чем открытый контур на том же газе, и являются недостатком для декомпрессии.

Особая опасность системы измерения газа состоит в том, что если отверстие частично или полностью заблокировано, газ в контуре будет обеднен кислородом, а дайвер не будет знать об этой проблеме. Это может привести к гипоксии и потере сознания без предупреждения. Это можно уменьшить, отслеживая парциальное давление в реальном времени с помощью кислородного датчика, но это увеличивает сложность и стоимость оборудования.

SCR с регулируемым потреблением

Принцип действия заключается в добавлении массы кислорода, пропорциональной объему вентиляции. Добавление свежего газа осуществляется путем регулирования давления в дозирующей камере, пропорционального объему сильфона противолегкого. Дозировочная 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 выходит из дозирующей камеры в дыхательный контур, пропорциональный объему сильфона во время выдоха, и полностью выпускается, когда сильфон заполнен. Избыточный газ сбрасывается в окружающую среду через клапан избыточного давления после заполнения сильфона.

Нет зависимости дозировки от глубины или поглощения кислорода. Dosage ratio is constant once the gas has been selected, and the variations remaining on oxygen fraction are due to variations in the extraction ratio. This system provides a fairly stable oxygen fraction which is a reasonable approximation of open circuit for decompression and maximum operating depth purposes.

Если подача газа в механизм дозирования прекратится без предупреждения, подача газа прекратится, и дайвер будет использовать кислород в петлевом газе до тех пор, пока он не станет гипоксическим и дайвер не потеряет сознание. To prevent this, a system is needed that warns the diver that there is a feed gas supply failure so the diver must take appropriate action. This can be done by purely mechanical methods.

Passive addition SCR

Passive addition relies on inhalation by the diver to trigger gas addition when the volume of gas in the breathing loop is low. This will provide warning to the diver if the addition system stops working for any reason, as the discharge system will continue to empty the loop and the diver will have a decreasing volume of gas to breathe from. This will generally provide adequate warning before hypoxia is likely.

Non-depth compensated PASCR

Gas extension for the non-depth compensated passive addition SCR is directly proportional to the bellows ratio – the proportion of gas that is discharged during each breath cycle. A small ratio means that the amount of gas added each cycle is small, and the gas is rebreathed more times, but it also means that more oxygen is removed from the loop gas mix, and at shallow depths the oxygen deficit compared to the supply gas concentration is large. A large bellows ratio adds a larger proportion of the breath volume as fresh gas, and this keeps the gas mix closer to supply composition at shallow depth, but uses the gas up faster.

The mechanism is mechanically simple and reliable, and not sensitive to blockage by small particles. It is more likely to leak than block, which would use gas faster, but not compromise the safety of the gas mixture. Oxygen fraction of the loop gas is considerably less than of the supply gas in shallow water, and only slightly less at deeper depths, so the safe depth range for a given supply gas is smaller than for open circuit, and the variation in oxygen concentration is also disadvantageous for decompression. Gas switching may compensate for this limitation at the expense of complexity of construction and operation. The ability to switch to open circuit in shallow depths is an option which can compensate for the reduction in oxygen content at those depth, at the expense of operational complexity and greatly increased gas use while on open circuit. This may be considered a relatively minor problem if the requirement for bailout gas is considered. The diver will be carrying the gas anyway, and using it for decompression at the end of a dive does not increase the volume requirement for dive planning.

The loop oxygen fraction is critically dependent on an accurate assumption of the extraction ratio. If this is chosen incorrectly the oxygen fraction may differ significantly from the calculated value. Very little information on variation of extraction ratio is available in easily accessible references.

Depth compensated PASCR

Gas extension for the depth compensated passive addition rebreather is approximately proportional to metabolic usage. The volume of gas dumped by the system is, for a given depth, a fixed fraction of the volume breathed by the diver, as in the case of the non-depth-compensated system. However, this ratio is changed in inverse proportion to ambient pressure – the bellows ratio is greatest at the surface, and decreases with depth. The effect is for an amount of gas of reasonably constant mass proportion to oxygen usage to be discharged, and the same amount, on average, is supplied by the addition valve, to make up the loop volume at steady state. This is very similar to the demand controlled SCR in effect on the oxygen fraction of the loop gas, which remains nearly constant at all depths where the compensation is linear, and for aerobic levels of exercise. The limitations on this system appear to be mainly in the mechanical complexity, bulk and mass of the equipment. The linearity of depth compensation is limited by structural considerations, and below a certain depth the compensation will be less effective, and finally dissipate. However, this does not have a great effect on oxygen fraction, as the changes at those depths are already small. The slightly higher concentrations in this case are a bit nearer to the supply gas value than if the compensation was still effective. The depth compensated PASCR can provide almost identical breathing gas to open circuit over a large depth range, with a small and nearly constant oxygen fraction in the breathing gas, eliminating a major limitation of the non-compensated system at the expense of complexity.

Mixed gas CCR

Close up side view of diver using Inspiration electronically controlled closed circuit rebreather

Diver using Inspiration rebreather at the wreck of the MV Orotava

Diver using Inspiration rebreather

The mixed gas closed circuit rebreather can provide an optimised gas mixture for any given depth and duration, and does this with great precision and efficiency of gas usage until it fails, and there are several ways it can fail. Many of the failure modes are not easily identified by the diver without the use of sensors and alarms, and several failure modes can reduce the gas mixture to one unsuitable for supporting life. This problem can be managed by monitoring the state of the system and taking appropriate action when it diverges from the intended state. The composition of the loop gas is inherently unstable, so a control system with feedback is required. Oxygen partial pressure, which is the characteristic to be controlled, must be measured and the value provided to the control system for corrective action. The control system may be the diver or an electronic circuit. The measuring sensors are susceptible to failure for various reasons, so more than one is required, so that if one fails without warning, the diver can use the other(s) to make a controlled termination of the dive.

Manually controlled CCR

The manually controlled CCR relies on the attention, knowledge and skill of the diver to maintain the gas mixture at the desired composition. It relies on electrochemical sensors and electronic monitoring instruments to provide the diver with the information required to make the necessary decisions and take the correct actions to control the gas mixture. The diver is required to be aware of the status of the system at all times, which increases task loading, but along with the experience, the diver develops and retains the skills of keeping the mixture within planned limits, and is well equipped to manage minor failures. The diver remains aware of the need to constantly check the status of the equipment, as this is necessary to stay alive.

Electronically controlled CCR

The electronically controlled closed circuit rebreather uses electronic circuitry to monitor the status of the loop gas in real time, and to make adjustments to keep it within narrow tolerances. It is generally very effective at this function until something goes wrong. When something does go wrong the system should notify the diver of the fault so that appropriate action can be taken. Two critical malfunctions may occur which may not be noticed by the diver.

• A dangerously low oxygen partial pressure (Hypoxia) will not be noticed by the diver, but if there are functioning oxygen sensors, they will usually pick this up.
• A dangerously high oxygen partial pressure is more likely to be missed, as sensors may still work for low concentrations, but provide inaccurate results for high partial pressures.

An insidious problem with oxygen sensor failure is when a sensor indicates a low oxygen partial pressure which is actually not low, but a sensor failure. If the diver or the control system respond to this by adding oxygen, a hyperoxic gas can be caused which may result in convulsions. To avoid this, multiple sensors are fitted to ECCCRs, so that a single cell failure does not have fatal consequences. Three or four cells are used for systems which use voting logic.

A control circuit may fail in complex ways. If extensive testing of failure modes is not done, the user can not know what might happen if the circuit fails, and some failures may produce unexpected consequences. A failure which does not alert the user to the correct problem may have fatal consequences.

ECCCR alarm systems may include flashing displays on handsets, flashing LEDs on head-up displays, audible alarms and vibratory alarms.

Режимы отказа

Several failure modes are common to most types of diving rebreather, and others can occur only when the specific technology is used in the rebreather.

Scrubber failure

The term "break-through" means the failure of the scrubber to continue removing carbon dioxide from the exhaled gas mix.There are several ways that the scrubber may fail or become less efficient:

• Consumption of the active ingredient ("break-through"). When there is insufficient active ingredient left to remove the carbon dioxide at the same rate that it is produced while the gas passes through the scrubber, the concentration will begin to build up in the loop. This occurs when the reaction front reaches the far end of the absorbent. This will occur in any scrubber if used for too long.
• The scrubber canister has been incorrectly packed or configured allowing the exhaled gas to bypass the absorbent.
  • The absorbent must be packed tightly so that all exhaled gas comes into close contact with the granules, and the loop is designed to avoid any spaces or gaps between the absorbent and the canister walls that would let gas bypass contact with the absorbent. If the absorbent is packed loosely it can settle, and in some cases this may allow an air path to form through or around the absorbent, known as "tunnelling".
  • If any of the seals, such as Уплотнительные кольца, or spacers that prevent bypassing of the scrubber, are not cleaned or lubricated or fitted properly, gas may bypass the scrubber, or water may get into the circuit. Some rebreathers may be assembled without all the components essential for ensuring that the breathing gas passes through the scrubber, or without the absorbent, and with no way of visually checking after assembly.
• When the gas mix is under pressure caused by depth, the closer proximity of the constituent molecules reduces the freedom of the carbon dioxide molecules to move around to reach the absorbent. In deeper diving, the scrubber needs to be bigger than is needed for a shallow-water or industrial oxygen rebreather, because of this effect.
• A Caustic Cocktail – Soda lime is едкий and can cause burns to the eyes and skin. A caustic cocktail is a mixture of water and soda lime that occurs when the scrubber floods. It gives rise to a chalky taste, which should prompt the diver to switch to an alternative source of дыхательный газ and rinse his or her mouth out with water. Many modern diving rebreather absorbents are designed not to produce "cocktail" if they get wet.
• in below-freezing operation (primarily mountain climbing) the wet scrubber chemicals can freeze when oxygen bottles are changed, thus preventing carbon dioxide from reaching the scrubber material.

Последствия

The failure to remove carbon dioxide from the breathing gas results in a buildup of carbon dioxide leading to гиперкапния. This may occur gradually, over several minutes, with enough warning to the diver to bail out, or may happen in seconds, often associated with a sudden increase in depth which proportionately increases the partial pressure of the carbon dioxide, and when this happens the onset of symptoms may be so sudden and extreme that the diver is unable to control their breathing sufficiently to close and remove the DSV and swap it for a bailout regulator. This problem can be mitigated by using a bailout valve built into the rebreather mouthpiece which allows switch-over between the loop and open circuit without taking the mouthpiece out.^[20]

Профилактика

• An indicating краситель in the soda lime. It changes the colour of the soda lime after the active ingredient is consumed. For example, a rebreather absorbent called "Protosorb" supplied by Сибе Горман had a red dye, which was said to go white when the absorbent was exhausted. Colour indicating dye was removed from ВМС США fleet use in 1996 when it was suspected of releasing chemicals into the circuit.^[21] With a transparent canister, this may be able to show the position of the reaction front. This is useful in dry open environments, but is not useful on diving equipment, where:
  • A transparent canister could possibly be brittle and easily cracked by knocks.
  • Opening the canister to look inside would flood it with water or let unbreathable external gas in.
  • The canister is usually out of sight of the user, e.g. inside the breathing bag or inside a backpack box.
• Temperature monitoring. As the reaction between carbon dioxide and soda lime is exothermic, temperature sensors, along the length of the scrubber can be used to measure the position of the reaction front and therefore the life of the scrubber.^[22][23]
• Testing of scrubber duration limits by the manufacturer and/or certification authority, and specified duration limits for the unit for recommended absorbents. These limits will be conservative for most divers based on reasonably predictable levels of exertion.
• Diver training. Divers are trained to monitor and plan the exposure time of the soda lime in the scrubber and replace it within the recommended time limit. At present, there is no effective technology for detecting the end of the life of the scrubber or a dangerous increase in the concentration of carbon dioxide causing carbon dioxide poisoning. The diver must monitor the exposure of the scrubber and replace it when necessary.
• Pre-dive checks. "Prebreathing" the unit before a dive should be done for long enough to ensure that the scrubber is removing carbon dioxide, and that the concentration is not continuously rising. This test relies on the sensitivity of the diver to detect a raised concentration of carbon dioxide.
• Carbon dioxide gas sensors exist, such systems are not useful as a tool for monitoring scrubber life when underwater as the onset of scrubber break through occurs quite rapidly. Such systems should be used as an essential safety device to warn divers to bail off the loop immediately.
• Scrubbers can be designed and built so that the whole reaction front does not reach the end of the canister at one time, but gradually, so that the increase of carbon dioxide concentration is gradual, and the diver gets some warning and is able to bail out before the effects are too severe.

Смягчение

Scrubber breakthrough results in carbon dioxide toxicity (hypercarbia), which generally produces symptoms of a powerful, even desperate, urge to breathe. If the diver does not bail out to a breathing gas with low carbon dioxide fairly quickly, the urge to breathe may prevent removal of the mouthpiece even for the short time required to make the switch. A bailout valve integrated into the dive/surface valve or connected to the full-face mask reduces this difficulty.

The appropriate procedure for breakthrough or other scrubber failure is bailout, as there is nothing that can be done to correct the problem underwater.

Oxygen monitoring failure

Partial pressure monitoring of oxygen in the breathing circuit is generally done by electrochemical cells, which are sensitive to water on the cell and in the circuitry. They are also subject to gradual failure due to using up the reactive materials, and may lose sensitivity in cold conditions. Any of the failure modes may lead to inaccurate readings, without any obvious warning. Cells should be tested at the highest available oxygen partial pressure, and should be replaced after a use period and shelf life recommended by the manufacturer.

Профилактика

Multiple oxygen sensors with independent circuitry reduce the risk of losing information on oxygen partial pressure. An electronically controlled CCR generally uses a minimum of three oxygen monitors to ensure that if one fails, it will be able to identify the failed cell with reasonable reliability.

Use of oxygen sensor cells with different ages reduces the risk of all failing at the same time.

Смягчение

If oxygen monitoring fails, the diver can not be sure that the contents of a mixed gas CCR rebreather will sustain consciousness. Bailout is the only safe option.

Oxygen monitoring is generally an optional facility on a SCR, but may be part of real time decompression calculations. Appropriate action will depend on circumstances, but this is not an immediately life-threatening event.

Managing cell failure in an electronic rebreather control system

If more than one statistically independent oxygen sensor cell is used, it is unlikely that more than one will fail at a time. If one assumes that only one cell will fail, then comparing three or more outputs which have been calibrated at two points is likely to pick up the cell which has failed by assuming that any two cells that produce the same output are correct and the one which produces a different output is defective. This assumption is usually correct in practice, particularly if there is some difference in the history of the cells involved.^[24] The concept of comparing the output from three cells at the same place in the loop and controlling the gas mixture based on the average output of the two with the most similar output at any given time is known as voting logic, and is more reliable than control based on a single cell. If the third cell output deviates sufficiently from the other two, an alarm indicates probable cell failure. If this occurs before the dive, the rebreather is deemed unsafe and should not be used. If it occurs during a dive, it indicates an unreliable control system, and the dive should be aborted. Continuing a dive using a rebreather with a failed cell alarm significantly increases the risk of a fatal loop control failure. This system is not totally reliable. There has been at least one case reported where two cells failed similarly and the control system voted out the remaining good cell.^[25]

If the probability of failure of each cell was statistically independent of the others, and each cell alone was sufficient to allow safe function of the rebreather, the use of three fully redundant cells in parallel would reduce risk of failure by five or six orders of magnitude.^[25]

The voting logic changes this considerably. A majority of cells must not fail for safe function of the unit. In order to decide whether a cell is functioning correctly, it must be compared with an expected output. This is done by comparing it against the outputs of other cells. In the case of two cells, if the outputs differ, then one at least must be wrong, but it is not known which one. In such a case the diver should assume the unit is unsafe and bail out to open circuit. With three cells, if they all differ within an accepted tolerance, they may all be deemed functional. If two differ within tolerance, and the third does not, the two within tolerance may be deemed functional, and the third faulty. If none are within tolerance of each other, they may all be faulty, and if one is not, there is no way of identifying it.^[25]

Using this logic, the improvement in reliability gained by use of voting logic where at least two sensors must function for the system to function is greatly reduced compared to the fully redundant version. Improvements are only in the order of one to two orders of magnitude. This would be great improvement over the single sensor, but the analysis above has assumed statistical independence of the failure of the sensors, which is generally not realistic.^[25]

Factors which make the cell outputs in a rebreather statistically dependent include:^[25]

• Common calibration gas - They are all calibrated together in the pre-dive check using the same diluent and oxygen supply.
• Sensors are often from the same manufacturing batch - Components, materials and processes are likely to be very similar.
• Sensors are often installed together and have since been exposed to the same P_О2, temperature profile over the subsequent time.
• Common working environment, particularly with regards to temperature and relative humidity, as they are usually mounted in very close proximity in the loop, to ensure that they measure similar gas.
• Common measurement systems
• Common firmware for processing the signals

This statistical dependency can be minimised and mitigated by:^[25]

• Using sensors from different manufacturers or batches, so that no two are from the same batch
• Changing sensors at different times, so they each have a different history
• Ensuring that the calibration gases are correct
• Adding an statistically independent P_О2 measuring system to the loop at a different place, using a different model sensor, and using different electronics and software to process the signal.
• Calibrating this sensor using a different gas source to the others

An alternative method of providing redundancy in the control system is to recalibrate the sensors periodically during the dive by exposing them to a flow of either diluent or oxygen or both at different times, and using the output to check whether the cell is reacting appropriately to the known gas at the known depth. This method has the added advantage of allowing calibration at a higher oxygen partial pressure than 1 bar.^[25] This procedure may be done automatically, where the system has been designed to do it, or the diver can manually perform a diluent flush at any depth at which the diluent is breathable to compare the cell P_О2 readings against a known F_О2 and absolute pressure to verify the displayed values. This test does not only validate the cell. If the sensor does not display the expected value, it is possible that the oxygen sensor, the pressure sensor (depth), or the gas mixture F_О2, or any combination of these may be faulty. As all three of these possible faults could be life-threatening, the test is quite powerful.^[25]

Gas injection control circuit failure

If the control circuit for oxygen injection fails, the usual mode of failure results in the oxygen injection valves being closed. Unless action is taken, the breathing gas will become hypoxic with potentially fatal consequences.An alternative mode of failure is one in which the injection valves are kept open, resulting in an increasingly hyperoxic gas mix in the loop, which may pose the danger of кислородное отравление.

Профилактика

Two basic approaches are possible. Either a redundant independent control system may be used, or the risk of the single system failing may be accepted, and the diver takes the responsibility for manual gas mixture control in the event of failure.

Смягчение

Most (possibly all) electronically controlled CCRs have manual injection override. If the electronic injection fails, the user can take manual control of the gas mixture provided that the oxygen monitoring is still reliably functioning. Alarms are usually provided to warn the diver of failure.

Loop flood

The breathing resistance of a loop may more than triple if the scrubber material is flooded.^[26]The absorption of carbon dioxide by the scrubber requires a certain amount of humidity for the reaction, but an excess will degrade absorption and may lead to accelerated breakthrough.

Профилактика

Predive leak checks and careful assembly are the key to avoiding leaks through connections and detecting damage. The negative pressure test is most important for this purpose. This test requires that the breathing loop maintains a pressure slightly below ambient for a few minutes to indicate that the seals will prevent leakage into the loop.

Care in using the dive/surface valve will prevent flooding through the mouthpiece. This valve should always be closed when the mouthpiece is out of the mouth underwater.

Смягчение

The diver will usually be made aware of flooding by increased breathing resistance, water noise, or carbon dioxide buildup, and sometimes by buoyancy loss. А caustic cocktail is usually a sign of a fairly extensive flood and is only likely if there are a lot of small particles in the scrubber material, or a relatively soluble absorbent material is used.

Some rebreathers have water traps to prevent water entering through the mouthpiece from getting as far as the scrubber, and in some cases there are mechanisms to remove water from the loop while diving.

Some scrubbers are virtually unaffected by water, either due to the type of absorbent medium, or due to a protective membrane.^{[нужна цитата ]}

If all else fails, and the loop is flooded beyond safe functionality, the diver can bail out to open circuit.

Gas leakage

A well assembled rebreather in good condition should not leak gas from the breathing circuit into the environment except that which is required by functional considerations, such as venting during ascent, or to compensate for, or control, the addition of gas in a semi-closed rebreather.

Профилактика

Pre-use preparation of the rebreather includes checking of seals and post-assembly leak checks. The positive pressure test checks that the assembled unit can maintain a slight internal positive pressure for a short period, which is an indication that gas does not leak out of the loop. Inspection and replacement of soft components should detect damage before component failure.

Смягчение

Minor gas leakage is not in itself a serious problem, but it is often a sign of damage or incorrect assembly that may later develop into a more serious problem. Manufacturer's operating manuals generally require the user to identify the cause of any leak and rectify it before using the equipment. Leaks which develop during a dive will be assessed by the dive team for cause and risk, but there is not often much that can be done about them in the water.

CMF Orifice blockage

A blockage to the constant mass flow orifice is one of the more hazardous failures of this type of semi-closed rebreather, as it will restrict the feed gas supply and may lead to a hypoxic loop gas with a high risk of the diver losing consciousness and either drowning or dry asphyxiation.{Fatality cases 19 and 64, www.deeplife.co.uk/or_files/RB_Fatal_Accident_Database_100725.xls}.

Профилактика

Inspection and flow testing of the CMF orifice before each dive or on each diving day will ensure that the orifice does not clog from corrosion, and an upstream microfilter to trap particles large enough to block the orifice will greatly reduce the risk of blockage during a dive by foreign matter in the gas supply.^{[нужна цитата ]}

Some rebreathers use two orifices as this will usually ensure that at least one remains functional, and the gas is less likely to become fatally hypoxic.^{[нужна цитата ]}

Смягчение

If the oxygen content is monitored and the diver identifies a problem with feed gas delivery, it may be possible to manually add gas, or induce triggering of the automatic diluent valve by exhaling to the environment through the nose and thereby artificially reducing the volume of gas in the loop. The forced addition of gas will bring up the oxygen content, but the dive should be terminated as this problem can not be rectified during the dive. This hazard is the strongest argument for oxygen partial pressure monitoring in a CMF SCR.^{[нужна цитата ]}.

Риск

The percentage of deaths that involve the use of a rebreather among US and Canadian residents increased from approximately 1 to 5% of the total diving fatalities collected by the Сеть оповещения дайверов с 1998 по 2004 гг.^[27] Investigations into rebreather deaths focus on three main areas: medical, equipment, and procedural.^[27]

Сеть оповещения дайверов (DAN) report 80 to 100 fatal accidents per 500,000 to 1 million active scuba divers in the USA, per year.Британский подводный клуб (BSAC) and DAN open-circuit accident rates are very similar, although BSAC dives have a higher proportion of deep and decompression dives.

An analysis of 164 fatal rebreather accidents documented from 1994 to Feb 2010 by Deeplife,^[28] reports a fatal accident rate of one in 243 per year, using a conservative assumption of linear growth of rebreather use and an average of around 2500 active participants over that time. This is a fatal accident rate of over 100 times that of open circuit scuba.The statistics indicate that equipment choice has a dramatic effect on dive safety.

A further analysis of these rebreather deaths ^[29] found significant inaccuracies in the original data. Review shows that the risk of death while diving on a rebreather is in the region of 5.33 deaths per 100,000 dives, roughly 10 times the risk of open circuit scuba or horseriding, five times the risk of skydiving or hang gliding, but one eighth the risk of base jumping. No significant difference was found when comparing mCCRs with eCCRs or between brands of rebreather since 2005, but accurate information on numbers of active rebreather divers and number of units sold by each manufacturer are not available. The survey also concluded that much of the increased mortality associated with CCR use may be related to use at greater than average depth for recreational diving, and to high-risk behaviour by the users, and that the greater complexity of CCRs makes them more prone to equipment failure than OC equipment.

EN 14143 (2009) (Respiratory equipment – Self-contained re-breathing diving apparatus [Authority: The European Union Per Directive 89/686/EEC]) requires that manufacturers perform a Виды отказа, последствия и анализ критичности (FMECA), but there is no requirement to publish the results, consequently most manufacturers keep their FMECA report confidential.EN 14143 also requires compliance with EN 61508. According to the Deep Life report^[28] this is not implemented by most rebreather manufacturers, with the following implications:

• no existing rebreather has been shown to be able to tolerate any one worst case failure.
• users have no information on the safety of the equipment they use.
• the public can not examine the conclusions of FMECA and challenge dubious conclusions.
• there is no public FMECA data which can be used to develop better systems.

Analysis of probability failure trees for open circuit scuba shows that use of a parallel or избыточный system reduces risk considerably more than improving the reliability of components in a single critical system.^[30] These risk modelling techniques were applied to CCRs, and indicated a risk of equipment failure some 23 times that for a manifolded twin cylinder open circuit set.^[29] When sufficient redundant breathing gas supply in the form of open circuit scuba is available, the mechanical failure risk of the combination becomes comparable to that for open circuit. This does not compensate for poor maintenance and inadequate pre-dive checks, high risk behavior, or for incorrect response to failures. Human error appears to be a major contributor to accidents.^[29]

Instrumentation and displays

Эта секция нуждается в расширении. Вы можете помочь добавляя к этому. (Сентябрь 2020)

Процедуры

The procedures needed to use a given model of rebreather are usually detailed in the operating manual and training program for that rebreather, but there are several generic procedures which are common to all or most types.

Assembly and predive function tests

Before use, the scrubber canister must be filled with the correct amount of absorbent material, and the unit tested for leaks.Two leak tests are usually conducted. These are generally known as the positive and negative pressure tests, and test that the breathing loop is airtight for internal pressure lower and higher than the outside. The positive pressure test ensures that the unit will not lose gas while in use, and the negative pressure test ensures that water will not leak into the breathing loop where it can degrade the scrubber medium or the oxygen sensors.

Prebreathing the unit (usually for about 3 minutes) shortly before entering the water is a standard procedure. This ensures that the scrubber material gets a chance to warm up to Рабочая Температура, and works correctly, and that the partial pressure of oxygen in a closed-circuit rebreather is controlled correctly.^[31]

• 

  Leak test on a Mk16

• 

  Predive tests

• 

  Mk 16 with HUD

• 

  Predive checks for breathing resistance

• 

  Preparing for use – filling the scrubber canister with sodalime

Standard operating procedures during the dive

Partial pressure of oxygen is of critical importance on CCR's and is monitored at frequent intervals, particularly at the start of the dive, during descent, and during ascent, where the risk of hypoxia is highest.

Carbon dioxide buildup is also a severe hazard, and most rebreathers do not have electronic carbon dioxide monitoring. The diver must look out for indications of this problem at all times.^[31]

The buddy diver should stay with a rebreather diver who is required to take emergency action until the diver has safely surfaced, as this is the time when the buddy is most likely to be needed.

Restoring the oxygen content of the loop

Много diver training organizations teach the "diluent flush" technique as a safe way to restore the mix in the loop to a level of oxygen that is neither too high nor too low. It only works when частичное давление of oxygen in the diluent alone would not cause гипоксия или же hyperoxia, such as when using a нормоксический diluent and observing the diluent's максимальная рабочая глубина. The technique involves simultaneously venting the loop and injecting diluent. This flushes out the old mix and replaces it with a known proportion of oxygen.

Draining the loop

Regardless of whether the rebreather in question has the facility to trap any ingress of water, training on a rebreather will feature procedures for removing excess water.

Действия в чрезвычайных ситуациях

Bailout to open circuit

Bailout to open circuit is generally considered a good option when there is any uncertainty as to what the problem is or whether it can be solved.

The procedure for bailout depends on details of the rebreather construction and the bailout equipment chosen by the diver. Several methods may be possible:

• Bailout to open circuit by switching the mouthpiece bailout valve to open circuit. This is easy to do and works well even when the diver is hypercapnic, as there is no need to hold the breath at all.
• Bailout to open circuit by opening a bailout demand valve already connected to the full face mask, or by nose-breathing in some cases. This also requires no removal of the mouthpiece. It requires a suitable model full-face nask.
• Bailout to open circuit by closing and exchanging the rebreather mouthpiece for a separate demand valve. This is simple, but requires the diver to hold their breath while switching the moutpiece, which may not be possible in cases of hypercapnia.
• Bailout to rebreather by closing the mouthpiece and switching to the mouthpiece of an independent rebreather set. This is not really bailing out to open circuit, but has logistical advantages in dives where the bulk of sufficient open circuit gas to reach the surface may be excessive, and a second rebreather is less bulky. There may be an intermediate stage where the diver bails out to open circuit on diluent gas while preparing the bailout rebreather.

The bailout gas supply may be from the rebreather diluent cylinder, from independent cylinders, or in the case of depths less than about 6 m, from the rebreather oxygen cylinder. In all cases when bailing out the rebreather loop should be isolated from the water to avoid flooding and loss of gas which could adversely affect buoyancy. Может возникнуть необходимость закрыть клапаны подачи газа, чтобы не допустить продолжения подачи газа в контур неисправной системы управления, что также может отрицательно повлиять на плавучесть, что может сделать невозможным для дайвера оставаться на правильной глубине для декомпрессии.

Сигналы тревоги и неисправности

Сигнализация может быть предусмотрена для нескольких неисправностей. Сигнализация управляется электроникой и, следовательно, зависит от сигнала датчика. Они могут включать:^{[нужна цитата ]}

• Отказ системы управления.
• Отказ одного или нескольких датчиков.
• Низкое парциальное давление кислорода в контуре.
• Высокое парциальное давление кислорода в контуре.
• Газ, отличный от чистого кислорода в системе подачи кислорода. (необычный)
• Высокий уровень углекислого газа в контуре. (необычный)
• Надвигающийся прорыв скруббера (необычно)

Отображение сигналов тревоги:^{[нужна цитата ]}

• Видимый (цифровые дисплеи, мигающие светодиоды)
• Звуковой (зуммер или тон-генератор)
• Тактильные (вибрации)
• Дисплеи панели управления (обычно с цифровым считыванием значения и статуса измеряемого параметра, часто с мигающим или мигающим дисплеем)
• Проекционные дисплеи (обычно это светодиодный дисплей с цветовой кодировкой, иногда предоставляющий дополнительную информацию по частоте мигания).

Если срабатывает аварийный сигнал ребризера, высока вероятность того, что газовая смесь отклоняется от заданной смеси. Есть большой риск, что вскоре он станет непригодным для поддержки сознания. Хорошей общей реакцией является добавление газа-разбавителя в контур, поскольку он, как известно, пригоден для дыхания. Это также снизит концентрацию углекислого газа, если она высока.

• Подъем без выявления проблемы может увеличить риск потери сознания при гипоксии.
• Если парциальное давление кислорода неизвестно, нельзя полагаться, что ребризер пригоден для дыхания, и дайвер должен немедленно выйти из системы, чтобы открыть контур, чтобы снизить риск потери сознания без предупреждения.^[31]

Обучение персонала

Сертификационная карта полузамкнутого ребризера NAUI

Обучение использованию ребризеров состоит из двух компонентов: общее обучение для класса ребризеров, включая теорию работы и общие процедуры, и специальное обучение модели ребризера, которое охватывает детали подготовки, тестирования, обслуживания пользователя и устранения неисправностей. , а также те детали нормальных рабочих и аварийных процедур, которые характерны для данной модели ребризера. Для перехода от одной модели к другой обычно требуется только второй аспект, если оборудование схоже по конструкции и работе.^{[нужна цитата ]}

Военные организации обычно используют небольшое количество моделей. Обычно это кислородный ребризер для пловцов-атакующих и ребризер на смешанном газе для дайвинг-работ, что упрощает обучение и логистические требования.^{[нужна цитата ]}

Дайвинг с ребризером в развлекательных целях обычно классифицируется как технический дайвинг, и обучение проводится агентствами по сертификации технических дайверов. Обучение научных дайверов работе с ребризерами обычно проводится теми же агентствами по обучению технических дайверов, поскольку использование ребризеров научным дайвинг-сообществом обычно недостаточно, чтобы оправдать отдельное внутреннее обучение.^{[нужна цитата ]}

Приложения для рекреационного и научного дайвинга основаны на гораздо более широком диапазоне моделей, и любое данное учебное агентство по техническому дайвингу может выдавать сертификаты на произвольное количество ребризеров в зависимости от навыков их зарегистрированных инструкторов. Большинство производителей рекреационных ребризеров требуют, чтобы обучение на их оборудовании основывалось на обучении, проводимом производителем, т. Е. Инструкторы-инструкторы обычно сертифицированы производителем.^{[нужна цитата ]}

Ребризеры шлема стандартного костюма водолаза

В 1912 году немецкая фирма Drägerwerk компании Lübeck представили свою собственную версию стандартной водолазной одежды с подачей газа от кислородного ребризера и без подачи на поверхность. В системе использовались медный водолазный шлем и стандартный тяжелый водолазный костюм. Дыхательный газ циркулировал с помощью инжекторной системы в контуре. Это было развито дальше с Модель 1915 г. "Бубикопф" шлем и кислородный ребризер DM20 для глубины до 20 м, а также ребризер смешанного газа DM40, в котором для подачи газа использовались кислородный баллон и воздушный баллон.^[32]

ВМС США разработали вариант Система Mark V для гелиокс-дайвинга. Они успешно использовались во время спасение экипажа и спасение USS Squalus в 1939 году. Шлем для смешанного газа Mark V Mod 1 ВМС США основан на стандартном шлеме Mark V с баллоном скруббера, установленным на задней части шлема, и системой впрыска газа на входе, которая рециркулирует дыхательный газ через скруббер для удаления углекислый газ и тем самым сохранить гелий. В гелиевом шлеме используется тот же нагрудник, что и в стандартном Mark V, за исключением того, что запирающий механизм перемещен вперед, отсутствует слюнный кран, есть дополнительное электрическое соединение для подогрева нижнего белья, а в более поздних версиях - двух- или трехступенчатый выпускной клапан. был установлен, чтобы снизить риск затопления скруббера.^[33] Подача газа у водолаза контролировалась двумя клапанами. «Шланговый клапан» управлял потоком через инжектор к «аспиратору», который циркулировал газ из шлема через скруббер, и главный регулирующий клапан, используемый для аварийного отключения, для размыкания контура, промывки шлема и для дополнительного газа при тяжелой работе или спуске. . Скорость потока форсунки форсунки была номинально 0,5 кубических футов в минуту при давлении на 100 фунтов на квадратный дюйм выше окружающего давления, при котором через скруббер пропускался 11-кратный объем впрыскиваемого газа.^[34]

Обе эти системы были полузакрытыми и не контролировали парциальное давление кислорода. Они оба использовали систему инжектора для рециркуляции дыхательного газа и не увеличивали работу дыхания.

Рекреационные дайвинг инновационные технологии ребризеров

Технология ребризеров значительно продвинулась, что часто обусловлено растущим рынком оборудования для любительского дайвинга. Нововведения включают:

• Сам электронный полностью замкнутый ребризер - использование электроники и электрогальванические датчики кислорода для контроля концентрации кислорода в контуре и поддержания определенного частичное давление кислорода
• Автоматические клапаны дилуента - они впрыскивают газ-разбавитель в контур, когда давление в контуре падает ниже предела, при котором дайвер может комфортно дышать.
• Клапаны для погружения / погружения или аварийные клапаны - устройство в мундштуке на петле, которое подключается к спасение клапан потребности и может быть переключен для подачи газа либо из контура, либо из клапана потребления, при этом дайвер не вынимает мундштук изо рта. Важное устройство безопасности, когда отравление углекислым газом происходит.^[35]
• Интегрированные газовые декомпрессионные компьютеры - они позволяют дайверам использовать фактическую газовую смесь для составления графика декомпрессия в реальном времени.
• Системы контроля срока службы скруббера с углекислым газом - датчики температуры отслеживают ход реакции газировка со вкусом лайма и указать, когда скруббер будет исчерпан.^[22]
• Системы мониторинга углекислого газа - Газоизмерительная ячейка и интерпретирующая электроника, которые обнаруживают присутствие углекислого газа в уникальной среде контура ребризера.
• Несколько заданных значений автоматически выбираются по глубине - электронные системы управления ребризером могут быть запрограммированы на изменение заданных значений выше и ниже выбираемых предельных глубин, чтобы ограничить воздействие кислорода во время рабочего погружения, но увеличить предел во время декомпрессии выше предельной глубины, чтобы ускорить декомпрессию.

Смотрите также

• CDLSE Оборудование жизнеобеспечения водолазов-клиренсов.
• Лягушки Полнодиапазонная кислородная газовая система.
• Ребризер KISS
• Дэвид Шоу (дайвер)
• Скруббер диоксида углерода

Рекомендации

Источники

• История кислородного подводного дыхательного аппарата с замкнутым контуром, опубликованный в 1970 году, многие изображения, включая альпинистские ребризеры, могут загружаться медленно.
• Текнософен домашняя страница Связанная страница Ребризера Оке

внешняя ссылка

• РебризерPro Бесплатный мультимедийный ресурс с возможностью поиска для дайверов с ребризерами
• Подводное плавание с ребризером Rebreather world содержит дополнительную информацию о ребризерах.