潛水裝備-調節器介紹

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調節器的規範標準

CE EN 250是最常見的開放式自給壓縮空氣潛水呼吸設備儀器的檢測和標記的規範。

The standard contains limits on inhalation and exhalation pressures and overall work of breathing. It specifies the following, under test conditions of a breathing rate of 62.5 litres (2.2 cu ft) per minute and an ambient pressure of 6 bars (600 kPa):

  • Work of breathing: <3.0 joules per litre
  • Peak respiratory pressure: ±25 mbar (±2.5 kPa) (inhalation or exhalation)
  • Inhalation work of breathing: <0.3 joule per litre
  • Pressure spikes with no measurable positive work of breathing: <10 mbar (1 kPa)
  • Pressure spikes with measurable positive work of breathing: <5 mbar (0.5 kPa)

主要為測量在”焦耳/升”。測試的方式是以呼吸模擬器來檢測。調節器被連接到一個“測試潛水員”(人體模型),並下降到深水裡。人工肺在規定的速率吸入和呼出氣體並對呼吸阻力進行測量。測量在不同的深度,不同的溫度和不同的供給壓力進行。計算分析測試數據,構建呼吸曲線(WOB)的工作。曲線最好都集中在0.0線附近均勻的曲線,並且在吸入(下)和呼氣(上)曲線的區域越小越好。

雖然調節器滿足上述限制將提供足夠的空氣,但僅是最低的標準 (3.0焦耳/升 at 6 bar),高性能調節器在同樣深度時阻抗值小於0.8焦耳/升。當要比較呼吸曲線(WOB)是越密集接近越好。EN250規範並不適用於冰水,因為本規範的最低工作溫度是10°C。

以下是廠商在50m(6bar)的深度,與氣瓶壓力300bar,2°至4℃的水溫和每分鐘25次呼吸。所做的WOB

Scubapro MK25+A700 WOB(取自Scubapro官方網站)

 

常見的一級調節器類型

所有常見調節器設計的原理不外乎是由彈簧頂開高壓室和中壓室之間的開口,當中壓上升後抵消彈簧彈力將開口密合停止高壓空氣進入中壓室。因此一級調節器故障時只會大量出氣,而不會吸不到氣(fail safe)

活塞順流式調節器

活塞順流式是利用活塞的移動來開啟/關閉來自高壓室的進氣,利用彈簧的彈力將活塞拉開中壓室進氣,活塞桿上有一孔將空氣導到活塞缸內,當缸內壓力大到把彈簧彈力抵消,活塞推回即關閉進氣口。

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開合力=彈簧張力+水壓X活塞面積+高壓x高壓座面積

閉合力=中壓x活塞面積

優點:這一經典結構內部零件少價格低廉,可靠性高和維護需求低使其成為潛水中心租賃設備的優先選擇。
缺點:順流式顧名思意其活塞和高壓進氣口在同一線上,因此活塞的移動需抵抗氣瓶壓力,因此中壓的輸出會受氣瓶殘壓影響而有變動。尤其在潛水活動即將結束時,會有明顯的差異;其次活塞式調節器必需由環境孔導入海水接觸活塞做為深度壓力補償,使用後需加強清洗。

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取自Scubapro官方網站

活塞平衡式調節器

活塞平衡式也是利用活塞的移動來開啟/關閉來自高壓室的進氣,但改變了高壓墊片的位置和空氣流動的方向,一樣利用彈簧的彈力將活塞拉開中壓室進氣,活塞桿頂有開口將空氣直通中壓室(活塞缸)內,當缸內壓力大到把彈簧彈力抵消,活塞推回即關閉進氣口。

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開合力=彈簧張力+水壓X活塞面積

閉合力=中壓x活塞面積

優點:活塞平衡式調節器比起其他型式出氣量是最大的,高壓室的特殊設計使其輸出穩定中壓的完全不因氣瓶壓力而改變。活塞使用更輕的複合材使其動作可以更加靈敏。在氣瓶相低壓時仍能提供穩定的出氣量,對於疲憊的潛水員在上升或減壓停留能更順暢的呼吸。活塞平衡式是要求苛刻的運動潛水員和專業人士的最佳選擇,並在溫暖和寒冷的水環境中同樣表現出色。

缺點:活塞式調節器必需由環境孔導入海水接觸活塞做為深度壓力補償,雖然已有廠商加以改良在活塞上使用雙重Oring,強化環境密封但使用後仍需加強清洗。 目前僅有一款調節器利用灌注矽油和完全密閉逹到環境完全阻隔,並可以污水下工作。

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取自Scubapro官方網站

 

橫隔膜式

橫隔模式一級調節器是利用鼓膜阻隔於中壓室和外界環境與中壓彈簧之間,鼓膜因中壓上升而膨脹抵消中壓彈簧彈力和環境壓力,使其下方頂桿的柱碩向上移動阻塞高壓室和中壓室中間的開口。橫隔模式中壓輸出穩定且反應快速,非常適合使用在高壓氣瓶。目前也有在環境開口上再加上一層鼓膜的設計,使用環境密封更徹底特別在污染或泥水工作。

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開合力=彈簧張力+水壓X橫隔膜面積

閉合力=中壓x橫隔膜面積+高壓彈簧張力+(高壓中壓)x高壓座面積

優點:橫隔模式一級調節器是完全環境密封使水無法進入的內部機構。調整外部中壓彈簧彈力即可調整中壓。

缺點:構造相對複雜,敏感的移動金屬部件應避免極冷的環境或加裝冰水套件改善;在氣瓶壓力下降時中壓會有些許上升。

螢幕快照 2016-05-27 下午9.20.21
取自Scubapro官方網站

 

常見的二級調節器類型

所有常見二級調節器設計的原理不外乎是由吸氣時的負壓,使得膜片向內擠壓推動連桿拉開低壓閥座,讓空氣自管線進入二級調節器內部

順流式閥門式

構造簡單、穩定性高以彈簧直接抵消來自管線內的中壓壓力,當吸氣時連桿利用力矩原理拉動彈簧開啓閥門。

缺點:需要一定的吸力克服彈簧張力打開閥門

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取自Scubapro官方網站

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活塞平衡式

在二級調節器內有一長條形的平衡室,利用此一平衡設計可略為抵消來自管線的中壓壓力,使得彈簧張力可以減少,實現最小吸入阻抗。

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取自Scubapro官方網站

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文邱里效應(真空輔助)的應用,當吸氣時一旦閥門開啟後高速流通的氣體會在二級頭內形負壓幫助鼓膜內縮持續供氣,直到吸氣停止過多的氣體將鼓膜推回原位關閉閥門,如此可以使得在吸氣時不用一 直出力增加舒適度。

氣流導片:

常用的標示 Dive/ Pre-Dive,當在空氣中按壓板大量出氣時(free-flow),因高速流動的氣體會產生負壓,膜片會被吸引內縮。利用改變氣流導片的角度形成氣流阻力,減小負壓迫使膜片歸位。

調整阻抗旋鈕:

利用增力彈簧的推力增加吸力的阻抗或避免漏氣。

單向排氣閥:

一般在二級頭的下方有一個橡膠膜片,吐氣時二級頭內氣體壓力大於環境壓力就從排氣閥排出。因是 是單向開啟所以水不會流入。但要注意若有異物沾附就有可能進水。

二級調節器還有一些導管設計也是為了增加吸氣的流暢度,目的是為了讓進入的空氣直接送入咬嘴 中,而非充滿在二級調節器內扺消膜片向內推力。

調節器的故障安全

當萬一第一級調節器發生故障時會大量出氣,過大的中壓將迫使第二級調節器閥將保持打開,允許高壓空氣從咬嘴自由的流出。訓練有素的潛水員應該能夠呼吸大量流動的空氣,足使他們能夠達到他們的潛伴或水面

調節器的效能與選擇

我們應該優先選擇能夠提供穩定的中壓以及大流量的一級頭,因為當一級頭的中壓變化太大時,如活塞順流式一級頭中壓介於8-10Bar間,為了避免二級頭發生中壓過高的漏氣,就必需以10Bar的中壓環境提供最大的彈簧彈力,如此便增加了許多吸氣阻抗。而且在深潛時因為氣體密度增加流動阻力增加,更會有明顯差距。其次出氣量較大也能在大量運動或共氣時提供足夠的氣源。良好的調節器除了呼吸的舒適性外也能避免呼吸急促和過度換氣。

相信看完本篇之後,你應該對於調節器有了大概的認識,如果你購入調節器之後,又該如何進行日常保養與維修呢?快點擊這邊看下一篇文章喔!調節器保養

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