Юрий Берков – Новая водолазная и другая подводная техника (страница 3)

(Подлинник подписан 30.04.2010)

Позже я пришёл к мысли – вполне возможно, что вода, которая появилась в ёмкости, это не плохая герметизация полиэтиленовой плёнки резиновым жгутом, а конденсат. Это значит, что экстракция воздуха из воды может сопровождаться и конденсацией паров воды в ёмкости для сбора газов.

1.3. Вода и воздух из воды

В предыдущей статье «Эксперимент» мною был предложен газогенератор-экстрактор, который извлекает воздух (газы) из морской воды с помощью селективных мембран, изготовленных из плёнки на основе полиэтилена. Показана возможность его применения для наполнения мягких понтонов при судоподъёме, а также для применения в дыхательных аппаратах водолазов.

Однако не только этим ограничивается применение указанного газогенератора. Он может применяться и для обеспечения дыхания подводников, находящихся в малых и сверхмалых ПЛ, (МПЛ, СМПЛ), что существенно увеличит их автономность. Схема размещения оборудования для экстракции воздуха из морской воды представлена на рис. 4.

Газогенераторы 1, ёмкость 2, автомат 7, электроклапаны 3 и 11, баллоны ВВД 9 размещаются в лёгком корпусе МПЛ и окружены морской водой. В прочном корпусе СМПЛ размещены только ручной вентиль 4 и ёмкость для сбора пресной воды 6.

Для эффективной работы предложенного газогенератора необходима разность давлений между водной и воздушной полостями экстрактора. Давление в водной часто экстрактора должно быть выше, нежели в воздушной. Чем выше разность давлений, тем выше производительность экстрактора. Однако эта разность давлений не должна превышать предел прочности газообменной мембраны (плёнки). В эксперименте она составляла 0,3 – 0,4 атм.

Рис. 4. Схема размещения оборудования для извлечения воздуха из морской воды на МПЛ и СМПЛ.

Цифрами обозначены: 1 – газогенератор; 2 – ёмкость для воздуха; 3 – электроклапан; 4 – ручной вентиль; 5 – прочный корпус МПЛ; 6 – ёмкость для сбора пресной воды; 7 – автомат контроля давления; 8 – трубка; 9 – баллон ВВД; 10 – редуктор; 11 – электроклапан; 12 – соленоид привода электроклапана.

В схеме на рис. 4 эта разность давлений обеспечивается тем, что воздушные полости газогенераторов соединены с отсеком МПЛ через специальную ёмкость 2 трубопроводом через электроклапан 3 и вентиль 4.

Однако разность давлений за бортом МПЛ и отсеком с подводниками, может быть очень высокой. Глубина погружения МПЛ может составлять сотни метров, а в отсеке с подводниками давление может быть атмосферным. Если соединить воздушные полости газогенераторов с прочным отсеком МПЛ напрямую, то при погружении МПЛ разность давлений превысит прочность плёнки, она порвётся, и забортная вода станет поступать в отсек. Именно для этого случая на трубопроводе и установлен вентиль 4, закрыв который, подводники обеспечат свою безопасность. Нормальное положение вентиля – открыт, электроклапана 4 – закрыт. Рассмотрим работу газогенератора при погружении, МПЛ, зависании на глубине и всплытии.

При погружении МПЛ давление в водных полостях газогенератора нарастает. Давление в ёмкости 2 и в воздушных полостях экстрактора ниже чем в водных. При достижении необходимой разницы давлений, автомат 7 (по типу дыхательного автомата акваланга) замыкает контакты и срабатывает электроклапан 11. В результате воздух из баллона ВВД поступает в ёмкость 2 и давление в ней увеличивается. Тем самым предотвращается возможность разрыва плёнки селективных мембран газогенераторов.

Далее МПЛ зависает на глубине, выполняя работы по выпуску или приёму подводников. Газогенераторы работают и давление в ёмкости 2 повышается. Как только оно превысит заданный предел, автомат 7 замыкает другие контакты и срабатывает электроклапан 3, выпуская воздух (газы) из ёмкости 2 в отсек МПЛ с подводниками. Если подводники проходят декомпрессию, то автомат 7 снабжает их воздухом сколь угодно долго, периодически открывая электроклапан 3.

При всплытии МПЛ, давление за бортом уменьшается. В результате давление в ёмкости 2 становится выше необходимой разницы давлений в полостях газогенераторов водной и воздушной. Автомат 7 открывает электроклапан 3, выпускает лишний воздух в отсек МПЛ и снижает давление в ёмкости 2.

Если на МПЛ, вместо части аккумуляторной батареи установить двигатель внутреннего сгорания, то можно существенно увеличить дальность плавания на малых глубинах (на больших глубинах возникнут проблемы с выпуском отработанных газов).

Кроме снабжения подводников воздухом, газогенераторы могут снабжать их и пресной водой. Дело в том, что селективные мембраны пропускают вместе с воздухом и пары воды (подтверждено экспериментом). В результате в ёмкости 2 будет образовываться конденсат (дистиллят). Рыбы получают его через жабры вместе с воздухом и не пьют солёную морскую воду. Дистиллят будет стекать вниз из ёмкости 2, и выходить из трубопровода в виде капель вместе с воздухом. Если подставить под трубопровод ёмкость 6, то можно накапливать пресную воду (дистиллят), которую потом можно будет пить (но без удовольствия).

1.4. Дыхательный аппарат с газогенератором на селективных мембранах

Попробуем сконструировать дыхательный аппарат водолаза на селективных мембранах. Схема такого аппарата приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема дыхательного аппарата замкнутого цикла на селективных мембранах.

Цифрами обозначены: 1 – решётка (рама) для пластин газогенератора; 2 – сетка металлическая; 3 – мембрана; 4 – шов или склейка двух мембран; 5 – трубка для вывода газов; 6 – трубка для ввода газов; 7 – резиновая трубка вывода газов; 8 – резиновая трубка ввода газов; 9 – коллектор сбора выходящих газов; 10 – коллектор распределения входящих газов; 11 – патрубки; 12 – корпус дыхательного аппарата; 13 – пластины газогенератора; 14 – дыхательный мешок;15 – полумаска; 16 – трубка вдоха; 17 – трубка выдоха; 18 – баллон ВВД; 19 – дыхательный автомат; 20 – вентиляционные щели и отверстия в крышке.

Рассмотрим устройство и работу дыхательного аппарата (ДА).

Решётка или рама 1 (металлическая или пластиковая) это прочный корпус газогенератора. На неё крепятся с обеих сторон металлические сетки 2. Поверх сеток укладывают селективные мембраны 3. По краям их сшивают или склеивают так, чтобы место склейки 4 было герметичным.

В решётку 1 вставлены трубки 5 и 6 для вывода и ввода газов. Места выхода трубок из газогенератора необходимо герметизировать (клеем или гайкой с резиновой прокладкой).

Далее пластины газогенератора 13 помещают в корпус ДА 12. На рис. 1 изображены 4 пластины. На самом деле их может быть от 6 до 8, всё зависит от толщины пластин, зазоров между ними и толщины корпуса ДА.

Металлические трубки 5 и 6 соединяют с коллекторами 9 и 10 гибкими резиновыми трубками. Коллектор 9 соединяют с дыхательным мешком 14, а коллектор 10 – с патрубком трубки выдоха 17. Дыхательный мешок соединён с клапанной коробкой и полумаской водолаза трубкой вдоха 16. В дыхательном мешке установлен дыхательный автомат 19, соединённый трубопроводом с баллоном ВВД 18.

Производительность селективных мембран.

Возьмём пластины размером 35 х 40 см. Тогда площадь одной пластины составит 0,14 м². Поскольку пластины двухсторонние, то площадь мембраны равна 0,28 м². Если пластин 6 или 8, то площадь всех мембран S = 1,68 м² или 2,24 м².

Сравним площадь их поверхности с площадью поверхности цилиндра из статьи «Способ извлечения воздуха из воды» авторов Гришин Б. П. и Гришин Б. К. Цитирую:

Пример 1.

«Испытатель через загубник с патрубком, соединенным с полой камерой объемом около 100 л, образованной путем обтяжки смоченной водой хлопчатобумажной тканью двух колец диаметром по 800 мм с размером сквозных пор до 100 мкм при расстоянии между кольцами 200 мм (схема эксперимента приведена на рис. 2) опускался под воду на глубину от 0,3 до 1,5 м.

Давление внутри камеры было на 30—50 мм водяного столба больше суммарного давления атмосферы и гидростатического столба, которое изменялось от 1,03 до 1,15 ата… При этом дыхание осуществлялось только воздухом, находящимся внутри камеры. Выдох осуществлялся также внутрь камеры. Время, проведенное испытателем под водой, составляло 50 мин. Вдох и выдох через камеру осуществлялся без заметных усилий.

В отсутствие газообмена между воздухом камеры и водой испытатель мог бы дышать данным объемом воздуха не более 10 мин, после чего из-за исчерпывания кислорода и накопления СО₂ дыхание оказалось бы невозможным. Следовательно, газообмен между воздухом камеры и водой осуществлялся нормально».

Пример 3.

«Способ осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве пористых мембран применяют комбинированную ткань на основе шерстяных и синтетических волокон. Диаметр пор материала находится в пределах от 15 до 80 мкм. Испытатель провел под водой 2,0 ч, опускаясь на глубину до 2,6 м. Давление внутри камеры было на 90 мм водяного столба больше суммарного давления атмосферы и гидростатического столба, составлявшего 1,26 ата».

Площадь мембраны в данном примере составляла всего 1,5 м², при этом испытуемый дышал через неё 2 часа (физической нагрузки не было). Следовательно, при применении в качестве мембран ткани на основе шерстяных и синтетических волокон время пребывания под водой возросло с 50 минут для хлопчатобумажной ткани до 2-х часов для комбинированной ткани на основе шерстяных и синтетических волокон (например, брезент, джерси). Может быть, станет возможно и применение дешёвой полиэтиленовой плёнки, облучённой альфа частицами или чисто синтетических тканей, но всё это надо проверять.