Egy lélegzet ára – 1

Egy lélegzet ára – avagy légző automaták felépítése, működése és tesztje

Lélegzetet venni nem tűnik nagy feladatnak, hiszen születésünk óta minden pillanatban újra és újra ismételjük ezt a létfontosságú gyakorlatot. A víz alatt azonban nem mindegy, hogy mikor, milyen típusú merüléshez, milyen felszerelést használunk, annak érdekében, hogy biztosítani tudjuk a kényelmes és biztonságos légzésünket. A következő cikkünkben arra vállalkoztunk, hogy bemutassuk ezeknek a létfontosságú szerkezeteknek a részeit, típusait, és működési elveit. A légzés biztosításának sok fajta technikai megoldása létezik, mint például a zárt vagy félig zárt rendszerű visszalégzős készülékek, vagy a nehéz felszerelések melyek ipari vagy katonai felhasználásáról a későbbiekben írunk majd. Mostani cikkünkben a legelterjedtebb megoldással, a nyíltrendszerű vagy vízbelégzős rendszerekkel foglalkozunk. Reméljük így segítünk egy kicsit a megfelelő típus kiválasztásában akár bérelni, akár vásárolni szeretne a kedves olvasó.

Szerkezeti részek és általános működési elvek.

Ahhoz, hogy a búvár lélegezni tudjon a víz alatt, magával kell vinnie azt a légzőgáz mennyiséget, amelyre szüksége van a merülés alatt. Ezt gazdaságosan csak úgy lehet megoldani, hogy egy kompresszorral egy vagy több palackba sűrítik a gázt. Ha belegondolunk abba, hogy általában 2.5-3 m3 gázt tartalmaz egy 10-15 l térfogatú palack akkor könnyen kiszámítható az, hogy ezeket a palackokat 150-200-300 bár nyomásra kell feltölteni. Ez egy igen csak magas nyomás, amely légzésre csak úgy válik alkalmassá, ha lecsökkentjük pontosan akkora nyomásra, mint az a nyomás, amely a búvárt körbeveszi a merülés alatt. A problémát az is bonyolítja, hogy ez a környezeti nyomás állandóan változik attól függően, hogy a búvár milyen mélységben tartózkodik, tehát ezeknek a nyomáscsökkentőknek ehhez a követelményhez is alkalmazkodni kell. A mai modern reduktorok két lépésben (lépcsőben) csökkentik le a palack hatalmas nyomását. Ez két fő szerkezeti egységet jelent. Az egyik a palackra szerelve végez egy részleges csökkentést (ez az első lépcső) míg a másik egy alacsony nyomásó csővel az első lépcsőhöz kapcsolva, a környezeti nyomással egyező nyomás létrehozását valósítja meg (ez a második lépcső).

Az első lépcsők feladata az, hogy a palack nyomását 8-12 bár nyomásra csökkentsék a felszínen, és figyelembe vegyék a környezeti nyomás változását is. Ha a környezeti nyomás növekszik a lemerülés alkalmával, akkor ennek a nyomásnak is növekedni kell. Így az első lépcsőből érkező nyomás mindig a 8-12 bár szabályzott nyomás plusz a környezet nyomása. Ezáltal biztosított az, hogy a második lépcsőt tápláló nyomás a környezethez képest állandó legyen és a búvár függetlenül a mélységtől, mindig megfelelő kényelemmel lélegezhessen. Ennek a feladatnak az ellátására több technológiai megoldás is létezik, ami némiképpen befolyásolja az előzőekben ismertetett elvi működés paramétereit és az alkalmazhatóság területeit.

A dugattyús nem kiegyensúlyozott első lépcső az egyik legrégebbi megoldás, amelyet a búvártechnológiában alkalmaznak. Működése és gyártása igen egyszerű, ezáltal megbízhatósága is igen jó. A palackból a nyitott szelepen keresztül az első lépcső szabályzó terébe érkező nyomás belép a dugattyú tengelyének oldalán és végighalad azon, majd onnan a dugattyú térbe jut. Ez a dugattyú olyan nagy felülettel rendelkezik, amely a nyomás hatására képes akkora erőt kifejteni, hogy a szabályzó rugót összenyomva le tudja zárni a dugattyú tengelyének végégén található szelepet, visszatartva a palack nyomását. Ez azért lehetséges, mert a dugattyú felülete jóval nagyobb, mint a szelep felülete. Hiába hat 200 bár nyomás a szeleptányérra, az így létrejött erő a nagyon kis felület miatt kisebb, mint a vele ellentétes irányú dugattyú erő. A zárás pillanata akkor jön létre, amikor a dugattyútérben akkora nyomás épül fel, amely elegendő tengelyirányú erőt biztosít ahhoz, hogy az legyőzze a szabályzó rugó erejét és a palack nyomása által keltett ellentétes irányú erőt. Mivel a dugattyúnak a szabályzó rugót is össze kell nyomnia, a dugattyú térben felépülő nyomás arányos lesz a rugó erejével. Ez a rugó erő határozza meg azt a nyomást, amely kilép az első lépcsőből. Ezt a nyomást szabályzott középnyomásnak nevezünk. Minél nagyobb a rugó ereje annál nagyobb nyomásnak kell létrejönni ahhoz, hogy azt össze tudja nyomni. A rugó erejének változtatásával (akár alátéttel, akár valamilyen más előfeszítési móddal) lehet beállítani javításkor a gyártó által meghatározott pontos nyomás értéket.

Mi történik belégzéskor?

Mivel a szabályzó tér és a dugattyú tér összeköttetésben áll egymással (a dugattyú tengelyének furatán keresztül), a szabályzó térben ugyan akkora nyomás uralkodik, mint a dugattyú térben. Ha a szabályzó térből légelvétel történik (ide van bekötve alacsony nyomású csövekkel a második lépcső és az inflátor) a dugattyú térben is csökken a nyomás, így a rugó megemeli a dugattyút, ami megnyitja a szelepet. Ekkor elölről kezdődik a folyamat: Beáramlik a nagynyomású levegő, majd bejut a dugattyú térbe, felépül a szabályzott nyomás, ami visszazárja a szelepet.

Mi történik, ha búvár lemerül?

Mivel a rugótér nyitott a külvilág felé (furatok találhatóak az első lépcsőn) ide beáramlik a víz, amelynek nyomása hozzáadódik a rugó erejéhez. A dugattyú térben lévő nyomásnak most már a környezet nyomásából adódó nyomást is le kell győznie ahhoz, hogy a szelepet lezárja. Mivel a záráshoz szükséges nyomás pontosan a környezet nyomásával lett nagyobb teljesült az a követelmény, hogy a szabályzott nyomás megnövekedjen a környezet nyomásával merülés alatt.

Mit is jelent az, hogy nem kiegyensúlyozott egy első lépcső?

Azt jelenti, hogy a palack nyomás csökkenése esetén a szabályzott nyomás is csökken, tehát a légzés kissé nehezebbé válik. Adott mélységben a szabályzott nyomás értékét a rugó nyomása, a víz által létrehozott nyomás és a dugattyú tengelyének végén lévő szelepre ható palack nyomás vektoriális összege adja. Adott mélységben csak a palack nyomás értéke változhat, így ha az csökken és kisebb erőt fejt ki a dugattyúra, akkor elegendő kisebb szabályzott nyomás a záráshoz. Ez a szabályzott nyomásnál 1-2 bár nyomáscsökkenést is jelenthet, mire egy teli palack kiürül a merülés végére. Ekkora nyomásváltozás már észrevehető légzési ellenállást tud produkálni, ami bizonyos esetekben beszűkíti az alkalmazás lehetőségeit.

Hátrányok, amellyel számolni kell:

Belégzéskor az első lépcsőbe jutó magas nyomás lecsökken ami jelentős hőelvonással jár főleg a dugattyúnál. Mivel a rugótérbe bejut a víz és körbeveszi a dugattyút és a dugattyú szárat, a belégzéskor kitáguló levegő hőelvonása a dugattyún keresztül nagymértékben hűti a rugótérbe bejutott vizet is. Ha a víz hőmérséklete egyébként is alacsony (például egy jég alatti merülésnél) a hőelvonás azzal járhat, hogy a dugattyú a nyitás pillanatában hozzáfagy a házhoz és képtelen lesz lezárni. Ekkor a reduktor szabad folyásúvá válik, és a folyamatosan áramló és kitáguló levegő miatt így is marad mindaddig, amíg azt fel nem melegíti tulajdonosa egy meleg helyen vagy meleg vízzel. Ez természetesen azt is jelenti, hogy a levegőtartalék néhány perc alatt elfogyhat, így jég alatt nem célszerű ezt a típust használni. Néhány gyártó készít a saját reduktoraihoz olyan kiegészítő “fagysapkákat” amelyekkel ez a probléma áthidalható, de ennek nem megfelelő előkészítése esetén ismét jelentkezhet az eljegesedés.

A másik gond, ami ezeknél a típusoknál jelentkezhet az, hogy a légátáramlási teljesítményük kisebb, mint más modernebb megoldásoknál. Ezért nagyobb mélységekben egy esetleges társmentési szituációban, ahol még esetleg a jacket fújásához is használunk levegőt, valamint a stresszhelyzet miatt meg növekedett a levegőigényünk nem biztos, hogy kielégítő lesz a légellátás. Ha ehhez még azt is hozzátesszük, hogy a csökkent palacknyomás további teljesítményromláshoz vezet, beláthatjuk, hogy ez nem a mélymerülések megfelelő reduktora.

Előnyei:

Kiváló kezdők oktatásához, vagy kis mélységű hobbimerülésekhez, esetleg dekompressziós merülések deko megállóinál használt palackokhoz. Aránylag olcsó kivitelű és egy kezdő sokáig egy biztonságos, megfelelő társat talál benne. Szervízelése gyors olcsó és egyszerű.

A dugattyús, kiegyensúlyozott első lépcsők már sok tekintetben jobb paraméterekkel rendelkeznek, mint elődeik. Működési elvük nagyon hasonlít a nem kiegyensúlyozott típusokéhoz, de van néhány apró, mégis jelentős eltérés közöttük. A palack magas nyomása itt egy magas nyomású térbe áramlik, ahonnan a dugattyú tengelyén keresztül a dugattyú térbe jut. Az itt felépülő nyomás ugyan azon az elven zárja a szelepet, mint az előző esetben.

Mit is jelent az, hogy kiegyensúlyozott egy első lépcső?

Azt, hogy a palack nyomás változásától függetlenül ugyan azt a szabályzott nyomást állítja elő. A kardinális eltérés a szelep megoldásánál található. A magas nyomású levegő beáramlása nem ugyan ott található mint az elődjénél, hanem a tengely végén. Amikor a szelep lezár, a palack nyomása a tengelyt csak az oldalfelületén terheli, és így nincs tengely irányú erőhatás. Hiába szorítja a tengelyt körben kisebb vagy nagyobb nyomás, ez a tengely irányban ható erők egyensúlya szempontjából lényegtelen. A szabályzott nyomásnak nem kell változnia a palacknyomás miatt, így alacsony palack nyomások esetén is ugyan olyan teljesítményt nyújt a reduktor, mint magas palack nyomás esetén. A működési folyamat itt a következő. Belégzéskor a légelvétel történik a dugattyútérből, így ott csökken a nyomás. A rugó megemeli a dugattyút, és az nyitja a szelepet. A légzés végén ismét felépül a dugattyú tér nyomása és zár a szelep. A mélységgel járó nyomásváltozás kompenzációjának elve teljesen megegyezik a nem kiegyensúlyozott típusokéval.

Hátrányok:

Az egyetlen igazi hátrány, amivel számolni kell az, hogy a rugótérbe itt is bejut a víz, ami ezt a típust is fagyásveszélyessé teszi. Mivel ezek a típusok legtöbbször forgó toronnyal készülnek (az alacsony nyomású csöveket egy forgatható elemre szerelik kényelmi okok miatt) nem lehet rájuk “fagysapkát” készíteni (eltekintve a barkács megoldásoktól) így a hideg vizes és jégalatti alkalmazás nem ajánlott.

Előnyök:

A szelep kialakítás miatt nagyobb légátáramlási teljesítménnyel rendelkeznek, így alkalmasak lehetnek mélymerülésekhez is. Biztonságos jó merülő társ kis és nagy mélységben is mindazoknak, akik nem kívánkoznak a jég alatti világba.

A membrános kiegyensúlyozott első lépcsök a legújabb fejlesztések eredményei. Ezeknél a típusoknál arra törekedtek, hogy minden eddig említett hiányosságot kiküszöböljenek. Megvalósuljon a palacknyomástól független állandó szabályzott nyomás, a nagy légszállítási teljesítmény és a fagymentes működés. A működést itt is az egyszerűség jellemzi. A beáramló palacknyomás a szelepen áthaladva a szabályzó térbe jut, melynek egyik fala egy erős, de rugalmas gumi membrán. A szabályzó térben található a közvetítő rúd, amely egyik végével a membránhoz, másik végével a szeleptányérhoz kapcsolódik. A membrán másik oldalán helyezkedik el a szabályzó rugó. Amikor a szabályzó térben a növekszik a nyomás, a membrán kifelé mozdul a rugó ellenében egészen addig, míg a közvetítő rúd helyére nem engedi a szeleptányért, és a beáramlás megszűnik. A szabályzó térben felépülő nyomás itt is a rugó erejétől függ. Természetesen ez a rugó előfeszítés is szabályozható annak érdekében, hogy az előírt szabályzott nyomás beállítható legyen egy javítás vagy szerviz alkalmával.

Mitől válik kiegyensúlyozottá ez a típus?

A kiegyensúlyozás ezeknél a típusoknál úgy valósul meg, hogy a szelep szár végénél (ami egyben egy dugattyú is) is kialakítanak egy kiegyensúlyozó kamrát, és a szabályzott nyomást ide is bevezetik. Mivel a szelep mindkét oldalán közel azonos felületekre hat ugyan az a nyomás, valamint a palacknyomás csak a szelep szárának palástfelületére hat, nincs tengely irányba ható olyan váltózó erő, amely befolyásolná a szabályzási erőegyensúlyt. Régebbi típusoknál még előfordult, hogy a palacknyomás közvetlenül hatott a szelepre és ezáltal, nem valósult meg a kiegyensúlyozás, de a ma gyártott szinte minden típus alkalmazza ezt a megoldást.

Mi történik belégzéskor?

A légelvétel a szabályzó térből történik. Ekkor a rugó visszatolja a membránt az eredeti helyzetébe, amely a közvetítő rúd segítségével nyitja szelepet és ismét megkezdődik a levegő beáramlása addig, amíg a szabályzott nyomás újra fel nem épül.

Mi történik lemerüléskor?

A rugótérbe ebben az esetben is bejut a víz, amely nyomást gyakorol a membránra, ezáltal az befelé mozdul és a közvetítő rúdon keresztül nyitja a szelepet. A szelep egészen addig nyitva van, amíg a szabályzótér nyomása nem lesz egyenlő a környezeti nyomás és a rugó által létrehozott nyomás összegével. Ily módon környezeti nyomás figyelembevétele ismét megvalósult.

Hátrányok:

Talán az egyetlen hátrány ennél a típusnál az ár. Általában a különböző cégek által gyártott reduktorok közül ezek a típusok a legdrágábbak. Ennek oka lehet a kissé költségesebb gyártás vagy a szélesebb körű alkalmazhatóságból eredő színvonalkülönbség megfizettetése.

Előnyei:

Az egyik legszembetűnőbb előnye a fagymentesség. Habár a rugótérbe itt is bejut a víz, mégis sokszorta nehezebben vagy egyáltalán nem fagy be. Igaz ugyan, hogy a szelepnél történik a legnagyobb térfogatváltozás, és ezáltal a hőelvonás is itt jelentkezik, de ennél a megoldásnál ez az intenzív hő elvonó terület nem érintkezik közvetlenül a vízzel, valamint a rugótérben nincsenek finoman illesztett alkatrészek, amelyek összefagyhatnak egy másik darabbal. Az is előny, hogy a rugótérben nagy mennyiségű víz helyezkedik el, ami lassan, de állandóan mozgásban van a membrán pumpáló mozgása miatt. Ahhoz, hogy ez a több köbcentiméter mozgásban lévő víz egyszerre megfagyjon, olyan intenzív hőelvonásra lenne szükség, amely messze több, mint amit a reduktor és a környezet együttesen produkálni képes. Ennek ellenére több gyártó a még biztonságosabb működés érdekében egy kiegészítő membrános záró sapkát is kínál ezekhez a típusokhoz. Ez a záró sapka a rugóteret fedi be. A két membrán között lévő teret szilikon olajjal töltik fel, így az a nyomást tudja közvetíteni, de szigetel a hideg víztől. A másik jellemzően jó tulajdonságuk a nagy légszállítási teljesítmény, ami mély, sőt extrém mély merülésre is alkalmassá teszi a legtöbb ilyen típust. Ajánljuk mindenkinek, aki még nem tudja, hogy milyen speciális területekre kíváncsi, de azt tudja, hogy többre vágyik, mint néhány hobbimerülés évente, valamint azoknak is, akik tudják, hogy ők “mindent” ki akarnak próbálni.

A következő fejezetben a második lépcsők szerepével, kialakításával és működésével foglalkozunk, valamint megpróbálunk egy átfogó képet nyújtani a tisztelt olvasónak. Elnézést kérünk azoktól, akiket a technika magasabb szintű részletes elemzése csak megzavart és azoktól is, akiket az egyszerűbb részletek átismétlése csak untatott! Reméljük, hogy mindenki talált olyan szintű információt, amelyet érdekesnek talált és fel tudja használni akár élete első reduktorának megvásárlásakor, akár szervizmesteri vagy oktatói pályafutásának kezdetén!

Kategória: Cikkek