呼吸设备。 气瓶、气体和减压病
献给已掌握呼吸器循环第二部分的每个人。
在第二部分,我谈到了开路呼吸器(OTs)的装置。 但我没有注意这些设备的气缸。 但自主 OC 装置的诞生恰恰导致了高压气瓶的出现。
我不会去 历史,我将只描述目前在 DA 中使用的主要气缸。
1.钢瓶。 工作压力200-300 atm。 由合金钢制成。 它们在水中总是具有负浮力。 因此,它们会生锈,它们要求外部油漆的完整性以及堵塞的空气中不存在水。 钢瓶的使用寿命最长。 直到最近,由于底部倒圆,钢瓶中使用塑料鞋,以便钢瓶可以垂直立在底部。 现在有平底气缸。
2. 铝制气缸。 工作压力 ~ 210 atm。 它们在空气中每单位体积的重量最大。 使用寿命略低于钢。 在水中,在空的状态下,它们具有正 (!) 浮力。 是的是的。 空瓶子飘了起来。 即使在淡水中。 底部通常是平的。 它们生锈得很厉害。 为此,他们非常喜欢潜水中心和潜水船。 它们不像钢铁制品那样需要太多的关注。
3. 复合(金属复合)气缸。 其中的复合材料类似于多层玻璃纤维,填充环氧树脂。 工作压力200-300个大气压。 它们的单位体积重量最低。 完全复合不生锈。 在所有。 金属复合材料内部有一个薄壁钢球,外部有一个复合材料。 当水进入内部时,钢相应地被腐蚀。 它们的使用寿命最短(俄罗斯联邦为 5 年)。 它们不受压力测试(水压测试)的影响。 这些气缸主要用于在空气中工作。
总的来说,现在至少紧急情况部已经完全放弃了闭路装置。 尽管计划购买 ECCR 循环呼吸器用于深海工作。 此外,它是在俄罗斯制造的。 在潜水中,这种复合材料由于其高浮力而很少使用。 它们有一个很大的优点:当气球爆炸时,它们不会产生碎片。 但他们害怕机械损坏。
是的,关于水压测试或压力测试的几句话。
从气球上拧下阀门,在其位置拧上一个配件,气球充满液体并放入水浴中。 然后对气缸施加压力,通常是工作压力的 1,5 倍。 即300atm被注入工作压力为450atm的气缸中。 在这种情况下,测量体积的变化(通过压力增加填充气缸的液体量)。
音量的增加是有规范的。 如果超出规范或发生破坏,则该钢瓶将被丢弃。
使用该液体是因为它具有实用的不可压缩性。 毕竟,如果气瓶内有气体倒塌,那么就会有很大的轰鸣声。 使用液体,它只会破裂。 顺便说一句,家用气瓶(丙烷-丁烷)也必须经过水压试验,但他们通常将所有东西都“锤”入其中。
顺便说一句,也许有人会对这个问题感兴趣,例如,为什么不使用 400 个大气压的气缸,尽管它们确实存在?
首先,400 atm 压缩机相当复杂、昂贵且体积庞大。
其次,不应忘记范德瓦尔斯力。 这是高压下的气体开始获得液体特性的时候。 如果在 200 个大气压下这些力实际上是不可见的,那么,例如,在 300 个大气压下,它已经约为 10%,而在 400 个大气压下 - 已经约为 18%。
也就是说,将一个 10 升的瓶子装满至 200 个大气压,我们有 2 升的气体,在 000 个大气压时 - 300 2 升,而在 810 个大气压下,同一瓶中将有 400 3 升。 好吧,变速箱上的所有高压配件都必须重做。
就是这样,完成了 OT。
但在进入封闭循环之前,我会让自己离题一点,回忆一下使用和改进这些相当复杂和昂贵的设备的原因。
科技委
正如我在评论的第一部分已经说过的,一个人要呼吸,必须确保一定量的气体通过肺部循环。 必须在等于环境压力加 1 个大气压的压力下向肺部供应气体。 如果潜水员已经潜入水下 30 米,那么气体将通过 OT 呼吸器在 4 ata 的压力下供应到他的肺部(不要忘记水面上的 +1 ata,是的)。
呼吸压力增加的气体时,潜水员的身体会发生什么变化?
并且体内会有气体过饱和。 毕竟,任何人都知道人体主要由水组成,液体与气体的饱和度与发生饱和时的压力成正比。
当然,饱和过程不会很快发生。 吸入气体的超压通过肺泡传递到血液。 过饱和的血液在全身循环,使其他组织饱和。 此外,研究表明,不同的组织以不同的方式饱和。
快速饱和的组织:血液、皮肤、脂肪组织。 慢组织:骨、结缔组织。 现代解压算法使用多达 16 种类型的结构。 增加外部压力、压缩的过程可以很快发生。 这不会对身体造成任何不愉快的后果。
但是相反的过程,解压缩,不再像压缩那样快速发生。
这就是将减压过程与一瓶苏打水进行比较的地方。 通过大幅降低外部压力,我们促使溶解气体从液体中释放出来。 以气泡的形式。
可能没有人需要解释血液中充满气泡的原因是什么?
血块。 血栓堵塞血管,起初很小,然后越来越大,直到它们到达通向/来自心脏的血管。 死亡来临。
DCS 的致命后果较少。 例如,由于在这些组织中形成气泡,各种组织(例如软骨)发生变形。 而DCS最令人不快的症状是神经末梢组织中形成的气泡压力引起的疼痛。 而且,这些痛苦的感觉很好,很强烈。
为了避免 DCS 的发生,开发了解压表,后来随着计算机的出现,解压算法也出现了。 这些表格显示了深度(压力)和潜水员在浮出水面之前必须停在那里的时间。
在相同的表中,考虑了气体混合物。 事实上,如果使用氧气含量增加到 100% 的混合物进行减压程序,减压时间就会减少。 发生这种情况是因为氧气与惰性气体不同,它在新陈代谢过程中会被身体部分吸收。
这是2002年版海军PVS减压表的片段。 注意第二行(底部时间10分钟)。 使用空气作为减压气体时,减压时间为2小时27分钟,使用氧气时,减压时间为1小时26分钟! 在这里您还可以注意到开始吸氧的深度——它是 10 米。 也就是说,这个深度的氧气分压为2 ata,按照业余潜水的规范,这是很危险的。
还应注意的是,没有减压限制。
这些是压力/时间的此类值,同时潜水员可以在其中快速(无需遵守减压程序)切换到 1 ata 压力下的呼吸,而不会对身体造成任何影响。
这是在高山环境(海拔 100 m)中真正潜入 800 m 深度的剖面图。 黑色曲线是深度,红色曲线是装饰义务,绿色是水温。 气体:KAGS 13/63; CAS 41; 氧。 免减压极限清晰可见,这是红线的零段
高压下气体的毒性作用
看起来一切都很简单:我们呼吸纯氧并获得最短的减压时间。
但是,事实证明,并非一切都像看起来那么好。
在潜水发展的初期,在过度压力下呼吸氧气的实验中,测试人员注意到受试者的状况发生了令人不快的变化。 因此,当达到某些压力值时,潜水员开始出现肌肉痉挛,直至完全失去对运动功能的控制。 还注意到氧气对肺部气体交换效率的负面影响。 也就是说,随着肺泡上氧气分压升高的时间延长,它们部分地失去了气体交换能力。
呼吸混合物中氧分压的安全值是通过实验确定的。 因此,对于长时间曝光,该值为 1,4 ata,对于短曝光 - 1,6 ata。
事实证明,在超压下,惰性气体氮气会导致所谓的。 “氮麻醉”,在症状上类似于酒精的影响。 抑制反应,对情况的评估不足。
可能不值得告诉潜水员这会如何?
~ 3 ata 的氮分压被认为是安全的。
同时,我想指出,氧气和氮气的极限压力值可能会因监管它们的组织而异。
例如,在俄罗斯武装部队中,3 ata 值被认为允许使用 100% 氧气呼吸。 如此高的 PPO2 值在世界其他任何地方都找不到,显然,我们的潜水员有某种特殊的生物。
因此,为了减少呼吸混合物中氧气和氮气的含量,他们开始使用氦气。 氦气几乎没有麻醉作用和对身体的毒性作用。 氮气、氦气和氧气的呼吸混合物被称为 KAGS(三混合物),来自氧气和氦气 - KGS(氦氧混合气)。
当然,在计算呼吸混合物的成分时,通常会根据潜水条件将其中的氧气和氮气百分比设置为最大允许值。 氧气是用来缩短减压时间的,氮气是因为氦气很贵。
在俄罗斯,氦气因其开采方式而相对便宜。 但在国外,价格约为每升 7 美分(四年前,埃及)。 也就是说,在 2x15x200 对中混合 12% O2、70% He 和 18% N2 的气体成本约为 300 美元。
此外,大部分气体会被简单地排出体外,因为在呼吸过程中,一个人会通过肺部泵出 10-50 升气体。 你问为什么会有这样的差异。 这一切都与身体的生理和状态有关。 肺的体积和肌肉量越大,消耗量就越大。 比如风度翩翩的女孩,肺体积小,肌肉量小,耗气量通常很低,而身体发达、肺大的男性则相反。 嗯,休息时的气体消耗量可以比压力状态下少 5-6 倍。 体力劳动也会导致呼吸气体的消耗增加,但不会像压力时那么多。
正是节省昂贵的呼吸混合物的问题导致了封闭式呼吸循环装置的出现(或发展)——循环呼吸器。 尽管严格来说,循环呼吸器是第一个自给式呼吸器。
我将在下一部分讨论循环呼吸器的设计和类型。
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