ОРЛОВ Д.В. САФОНОВ М.В.
АКВАЛАНГ и ПОДВОДНОЕ ПЛАВАНИЕ
Глава 2.5. Редуктор
Основная задача редуктора — уменьшить давление воздуха, вы¬ходящего из баллонов, до давления, превышающего давление окру¬жающей среды на некоторую величину, в пределах 5—10 атм. (как правило, 8 — 9).
Базовые принципы работы различных моделей редукторов мало отличаются друг от друга. Рассмотрим наиболее простую конструк¬цию. Редуктор, схема которого изображена на рисунке 2.6, имеет три камеры, подвижный поршень и пружину. Форма подвижного поршня такова, что его торцевые поверхности имеют различную площадь. По¬верхность меньшей площади снабжена прокладкой из полимерного материала и при опускании поршня вниз (см. рисунок) закрывает со¬бой отверстие, через которое поступает воздух из баллона. Эта поверхность именуется подушкой клапана, а закрываемое ею отверстие — седлом клапана. Вместе они образуют клапан редуктора. Поверх¬ность большей площади обращена в верхнюю камеру редуктора. Вну¬три поршня проходит канал, соединяющий нижнюю и верхние каме¬ры редуктора. Средняя камера сообщается отверстием с окружаю¬щей средой. Пока баллонный вентиль закрыт, пружина удерживает поршень в верхнем положении, при котором клапан редуктора от¬крыт. При открывании вентиля воздух под высоким давлением устре¬мляется через открытый клапан в нижнюю камеру редуктора, из кото¬рой по каналу в поршне проходит в верхнюю камеру. Давление в обе¬их камерах нарастает практически одновременно. Давление в верх¬ней камере начинает действовать на поршень с возрастающей силой.
Сила давления воздуха на верхнюю поверхность поршня во столь¬ко же раз превышает силу, оказываемую таким же давлением на ни¬жнюю его поверхность поршня, во сколько площадь верхней поверх¬ности превышает площадь нижней. Таким образом, указанные силы, действующие на поршень с двух сторон, уравниваются, когда давле¬ние в верхней камере значительно уступает давлению на подушку клапана. Снизу на поршень действуют еще две силы: упругости пру¬жины и давления окружающего воздуха или воды. Давление воздуха в нижней и верхней камере редуктора продолжает расти до тех пор, пока увеличивающаяся сила давления воздуха на поршень в верхней камере (сверху вниз) не превысит сумму трех сил, действующих в об¬ратном направлении: давления воздуха на подушку клапана, давления окружающей среды и упругости пружины. Далее происходит закры¬тие клапана редуктора. В большинстве систем площади поверхностей поршня и упругость пружины подобраны таким образом, что при ра¬бочем давлении в баллонах полное закрытие клапана редуктора про¬исходит при давлении в верхней камере, на 8 — 9 атм. превышающем давление окружающей среды. Это давление называется промежуто¬чным. На поверхности оно равно соответственно 9 — 10 атм. Значение промежуточного давления на поверхности называется установоч¬ным давлением редуктора. На глубине Юм давление в средней каме¬ре редуктора увеличится на 1 атм. и, соответственно, на столько же увеличится давление в верхней камере редуктора, необходимое для закрытия клапана, т.е. промежуточное. Из нижней камеры редуктора имеется выход для подачи воздуха в легочный автомат. При вдохе да¬вление воздуха в нижней и верхней камерах редуктора падает и кла¬пан открывается, перепуская очередную порцию воздуха в редуктор. Таким образом, последний обеспечивает подачу воздуха под давлени¬ем, на 8 — 9 атмосфер превышающим давление окружающей среды. Герметизация камер в описанном редукторе достигается кольцевыми резиновыми прокладками на поршне и в местах подсоединения шлангов высокого и среднего давления.
Мы привели пример классической конструкции редуктора, про¬веренной более чем тридцатилетней практикой использования. По¬добные устройства называются поршневыми несбалансированны¬ми редукторами поточного действия. Что это значит и какие еще бы¬вают типы редукторов ?
Поршневые и мембранные редукторы
Если подвижной деталью — управляющим элементом — является не поршень, а резиновая мембрана, соединенная со штоком клапана, такие редукторы называются мембранными (рис 2.7). Как правило, их устройство более сложно, они содержат больше подвижных дета¬лей. Поршневые редукторы в целом более надежны и просты в тех¬ническом обслуживании: замена кольцевых резиновых уплотните¬лей — операция простая и быстрая. Смена мембраны — работа более сложная. Недостатком поршневого редуктора является подвержен¬ность заклиниванию при образовании наледи на трущихся поверх¬ностях поршня и стенки редуктора или при попадании в зазор меж¬ду ними частичек грязи. Поэтому мембранные редукторы часто ис¬пользуют при погружении в холодной или загрязненной воде. Более подробно этот вопрос разбирается ниже.
Поточные и противоточные редукторы (прямого и обратного действия)
В поточном редукторе клапан открывается в том же направлении, в котором через него идет воздушный поток, в противоточном — в противоположную сторону. Поршневые редукторы за редчайшим исключением всегда имеют поточный механизм, мембранные — противоточный.
Сбалансированные и несбалансированные редукторы
В описанном выше поточном поршневом редукторе давление воз¬духа из баллонов служит одной из сил, открывающей клапан. Естест¬венно, с расходом воздуха в аппарате, высокое давление падает, а значит, падает и промежуточное давление, т.к. все меньших и мень¬ших усилий хватает на закрывание клапана редуктора. Результат — увеличение сопротивления дыхания при уменьшении запаса возду¬ха. В редукторе с противоточным клапаном наблюдается обратная ситуация — промежуточное давление растет с падением высокого. Возможны разнообразные технические решения, исключающие влияние величины высокого давления на величину промежуточного до тех пор, пока первое превышает второе. Наиболее распростране¬ны следующие.
1. Введение дополнительной поверхности поршня. Такое реше¬ние, как правило, используется в мембранных редукторах. Вер¬немся к схеме такового (рис. 2.7). Высокое давление действует на тарелку клапана в двух направлениях — на открытие и на за¬крытие клапана. Вторая сила при этом превышает первую, так как развивается за счет давления на большую площадь. Это оз¬начает, что чем ниже высокое давление, тем выше должно быть промежуточное, достаточное для закрытия клапана. Изменив форму поршня так, как показано на рис. 2.8, можно выровнять площади поверхностей, подвергающиеся воздействию высоко¬го давления в сторону открытия и закрытия клапана. "Лишняя" поверхность при этом выносится в дополнительную камеру, за¬полненную воздухом среднего давления. 2. Исключение воздействия высокого давления на управляющий элемент редуктора. Как правило, это решение используется в поршневых редукторах. Принципиальная схема такого реше¬ния приведена на рис. 2.9. Нижняя камера здесь служит камерой высокого давления, а седло и подушка клапана меняются местами: подушка неподвижно располагается на торцевой сто¬роне камеры высокого давления, а подвижным седлом служит нижняя оконечность поршня. Выход воздуха среднего давле¬ния происходит из верхней камеры редуктора. При отсутствии высокого давления пружина удерживает поршень в верхнем положении — клапан открыт. При повышении давления в ниж¬ней камере воздух проходит сквозь канал в поршне в верхнюю и по достижении в последней установочного давления клапан закрывается. Таким образом, полностью исключается воздей¬ствие высокого давления на работу поршня. В данном случае весь поток воздуха проходит через канал в поршне, поэтому для обеспечения нормальной пропускной способности редуктора диаметр канала должен быть больше, чем в конструкции, изоб¬раженной на рис. 2.6.
Вложение:
2,6.jpg [ 311.63 КБ | Просмотров: 8504 ]
Вложение:
2,7.jpg [ 244.23 КБ | Просмотров: 8500 ]
Вложение:
2,8.jpg [ 193.28 КБ | Просмотров: 8500 ]
Вложение:
2,9.jpg [ 233.12 КБ | Просмотров: 8499 ]