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潜水呼吸调节器原理

说到呼吸调节器的鼻祖,可以追溯到1943年由Jacques-Yves Cousteau和Émile Gagnan共同发明的隔膜式调节器。这种新式潜水装备是一种活门系统,可以在潜水员呼吸时自动提供压缩空气。毫无疑问,它打开了水肺潜水的大门,让我们能够去更深入探索前所未见的海洋。

相信大家对水肺呼吸调节器的作用已经烂熟于心,即气瓶中的高压空气通过减压手段,被调节为与潜水者所在深度相适应的压力。简言之保持潜水者肺部的气压始终与水压相等,控制高压空气的流量都是必不可缺的。

这种自携式水下呼吸设备的原理一直沿用至今,在日后的产品接力赛中,多是在零部件的耐用度上做文章,或是对各项功能孜孜不倦地进行改良设计,得以日臻完善。

减压类型与调节器

最初的调节器采用的是只用一个阶段,便直接将高压气瓶压力降至周围的呼吸压力的一段式(单段)减压,代表有Mistral等。它属于高压气体减压结构早期的研发成果,对于气量控制的零件很少、构造也极为简单。

其特点是:调节器的气瓶阀必须应付大范围的气瓶压力,而使用时呼吸较为费力,至于多费力,则取决于气瓶内还剩下多少空气而定。当时没有办法显示容器里还剩多少空气,只有一个安全器,使潜水员在呼吸有困难时能够得到备用气。

Mistral(双管)

接下来随着减压结构研究的进一步深入,调节器进化成双段减压方式,即分两段将高压气瓶压力降低至呼吸压力,它的问世改善了调节器的供气效率,使得潜水全程的呼吸效果也变得稳定,代表则是DA-Aqua-Master。

它的第一阶段、第二段减压部位分别采用了平衡隔膜式和顺流式。除了一些特殊零部件,几乎与现在的制品有着共通性。因此,如维护保养得当依旧可正常使用,不愧是王者级别。

DA-Aqua-Master(双管)

单段减压靠的是与气瓶阀连接的调节器产生呼吸压力,通过呼吸管将气体送至咬嘴。彼时,粗大的波纹双管结构一度为主流。

双管调节器的需求阀安装在气瓶上之调节器的一部分但同时也需要我们有一个强健的肺。它的盛行直到被单管调节器的出现所取代,单管的最卓越进步在于:减少了一条会积水的排气管,再加上排水按钮,大幅简化了排除积水的步骤。

Calypso(单管)

单段减压

双管呼吸调节器

气瓶【高压】→调节器【高压→呼吸压】→波纹管【呼吸压】→咬嘴【呼吸压】

双段减压

双管呼吸调节器

气瓶【高压】→ 调节器【高压→中压→呼吸压】→波纹管【呼吸压】→咬嘴【呼吸压】

单管呼吸调节器

气瓶【高压】→ 调节器一级头【高压→中压】→软管【中压】→调节器二级头【中压→呼吸压】→咬嘴【呼吸压】

高压空气的控制方式

我们这里所指的调节器就是所谓的“需求式调节器”(Demand Regulators),在吸气时供给空气,吸气停止即空气停止流出,呼气时空气由排气阀排到外部。为供应需求的气量,对于高压气流量控制的阀门最基本有两种形式。

逆流阀 (Upstream Value)

高压切断阀随着压力增大力度不断增强。排气时从下至上推动气阀座,空气从开口处溢出。需要确保逆流阀的强度能应对气瓶的最大压力,若强度不足易出现劣化或爆裂的危险。一级头YOKE部分的减压结构一般采用逆流阀。

顺流阀 (Downstream Value)

进气时通过弹簧张力关闭阀门,阻断气流;排气时则利用阀座与喷嘴间的开口通气。当万一第一级调节器发生故障大量出气,弹簧无法承受来自管线内的过大中压时,将迫使第二级调节器的顺流阀保持打开,允许高压空气自由流出,起到泄压阀的作用。为保证安全,二级头的呼吸减压装置普遍采用的是顺流阀形式。

调节器将气瓶内的高压(150~200Bar)通过一级头转化为中压,因此需使用能承受高压强度的逆流阀。

而二级头将中压空气再进一步降低成可供我们呼吸的压力程度,使用的是操作轻便的顺流阀。

若一级头减压失灵,导致高压气体直接流向二级头时,装置于二级头中的顺流阀可自行排出气体,降低设备内的过高压,有效防止内部压力超过限度而发生爆裂或破损。

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