Расчет состава и количества газов для технических погружений

Внимание! Информация представленная в этой статье является личным мнением автора. Используя представленные материалы, вы сможете научиться планировать состав и запасы газовых смесей для погружений, но это не означает, что вы сможете совершать подобные погружения без соответствующей подготовки.

Для корректного подбора газа нам понадобится информация об условиях погружения. Постарайтесь получить наиболее точную и полную информацию о глубине предстоящего погружения, температуре воды не только на поверхности и в донной части, глубина нахождения термоклина тоже имеет значение, видимости и течениях. Общее время предполагаемого погружения тоже является важным фактором. Эта информация очень поможет вам с выбором граничных факторов парциальных давлений газов и наркотического воздействия газовой смеси.

Для условий комфортных, с температурой воды не ниже 20°С, при хорошей видимости и отсутствии сильных течений, вам вполне подойдет смесь с END (Equivalent narcotic depth) равной 40м. Давление на 40м мы принимаем равным 5 АТА. Это не точное значение, т.к. и плотность воды и атмосферное давление не являются константами, но для расчетов мы можем пренебречь небольшими отклонениями связанными с этими параметрами.

Как вам известно, большинство обучающих агентств и страховая компания DAN, являющаяся мировым лидером по страхованию дайверов и ведущая постоянные исследования в этой области, рекомендуют использовать смеси с парциальным давлением кислорода не выше 1,4 АТА для донной части погружения при вышеуказанных условиях. Если вычислить парциальное давление азота на глубине 40 м, то мы получим значение

PN2 = P*FN2

P = (40/10)+1 = 5 ATA

FN2 = 0.79

PN2 = 5*0.79 = 3.95 ATA

Итак, мы получили наши граничные величины для

РО2 ≤ 1.4 АТА

PN2 ≤ 3.95 ATA

Дальнейший расчет представляется очень простым. Исходя из максимальной глубины погружения мы можем определить состав нашей смеси. Для примера рассмотрим погружения на 40 м и на 75 м с небольшим донным временем до 15 минут.

Расчет для 40 м:

Р = (40/10) +1 = 5 АТА

Так как количество инертных газов в смеси напрямую влияет на время дальнейшей декомпрессии, мы стараемся свести его к минимуму. Для этого можно максимально увеличить количество кислорода в смеси.

FO2 = 1.4/5 = 0.28 следовательно, фракция кислорода в нашей смеси составит 28%.

Теперь вычисляем фракцию(и) остальных газов. Исходя из Р = 5 АТА при END = 40 м

5 – 1.4 = 3.6 АТА, что меньше максимально допустимого PN2 = 3.95

Исходя из того, что глубина погружения 40 м, что равно максимальному END, вводить в смесь еще один инертный газ для уменьшения наркотической составляющей смеси нет необходимости, следовательно, мы получаем смесь найтрокс EAN28.

Расчет для 75 м:

Р = (75/10)+1 = 8.5 АТА

Фракция кислорода в нашей смеси должна быть

FO2 = 1.4/8.5 = 0.1647, округляем в меньшую сторону и получаем 0.16 или 16%

Т.к. мы приняли за основу, что END нашей смеси равно 40 м а давление на 40 м составляет 5 АТА, то

8.5-5 = 3,5 АТА

Эта часть давления у нас «лишняя», следовательно, нам понадобится вводить еще один инертный газ в смесь, а именно – гелий.

Исходя из этого высчитываем

FHe = 3.5/8.5 = 0.4117 ≈ 0.41 или 41%

Мы получаем смесь, которую принято называть Best Mix (лучшая смесь) в виде тримикса Tmx 16/41

Все эти расчеты справедливы для легких условий погружения с небольшой экспозицией в донной части. При более сложных условиях, а именно: холодная вода, плохая видимость или надголовные среды, течения, а так же при длительных экспозициях значения парциальных давлений газов в смеси и эквивалентной наркотической глубины, примененные нами ранее, не являются приемлемыми. Как известно все вышеперечисленные факторы повышают как риск интоксикации ЦНС, так и влияют на повышение действия газового наркоза. Следовательно, нам необходимо уменьшить все расчетные значения для снижения факторов риска. Для подобных условий принято принимать:

PO2 ≤ 1.3 ATA

PN2 ≤ 3 ATA

END = 30м, т.е. расчетное P = 4 ATA

Такую смесь принято называть оптимальной смесью, т.к. она подходит как для погружений в сложных, так и в комфортных условиях.

Расчет для 40м:

P = (40/10)+1 = 5 ATA

FO2 = 1.3/5 = 0.26 или 26%

FN2 = 3/5 = 0.6 или 60%

Мы видим, что исходя из таких ограничений нам необходимо добавить гелий в эту смесь.

100% — 26% — 60% = 14%

Следовательно, нам нужен тримикс Tmx 26/14

Рассчитаем смесь для глубины в 75 м при END = 30 м

Р = (75/10)+1 = 8.5 АТА

FO2 = 1.3/8.5 = 0.152 ≈ 0.15 (округляем в меньшую сторону) = 15% кислорода в смеси

FN2 = 3/8.5 = 0.353 ≈ 0.35 или 35% азота в смеси.

Оставшаяся часть приходится на гелий

100% – 15% – 35% = 50%

следовательно, получаем смесь Tmx 15/50

Теперь немного информации о стандартных смесях. Это наборы газовых смесей, которые используются для определенных интервалов глубин и соответствующие условиям предельных значений парциальных давлений газов и не превышающие значения END для всего выбранного интервала. Изначально эти наборы были предложены американскими газблендерами, т.к. их приготовление было максимально просто и удобно и опиралось на круглые цифры. Ведь куда проще забить в спарку 1800 psi гелия и дожать 2200 psi EAN32, который в США является самым распространенным и легкодоступным газом для погружений, и мы получаем 18/45 для погружений до 60 м. Но удобны ли эти смеси, если брать их приготовление для нас? Ведь в большинстве стран мира принята метрическая система измерений, да и 32-й найтрокс не найдешь на каждом углу.

Если брать оптимальную смесь для 60 м, то мы получим 18/42 и исходя из того, что смеси для открытого цикла в основном готовятся способом добивки воздуха в баллон, куда предварительно добавили гелий и кислород, то приготовление любой смеси с близкими параметрами не будет так удобно, поэтому не столь важно забиваешь ты 18/45 или 18/40. При забивке дилуэнта для закрытого цикла (погружения на ребризерах) можно поступать значительно проще и приготовлять смеси HeliAir, добивая нужное количество гелия воздухом, т.к. низкий процент содержания кислорода в этих смесях не играет большой роли. Тем не менее «стандартные смеси» получают все большее распространение, хотя с моей точки зрения, учитывая стоимость газов, это не является лучшим решением. Даже в свете последних исследований, которые показали, что «гелиевое пенальти», https://nolimitworld.ru//%D0%BF%D0%BE%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F-%D0%BD%D0%B0-trimix-%D0%B8-heliox-%D0%B3%D1%80%D1%8F%D0%B4%D1%83%D1%82-%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F-%D0%B2/

которое ранее учитывалось при расчете времени декомпрессии смесей тримикс, уже не является актуальным, экономическая составляющая никуда не делась.

Расчет минимального запаса газовых смесей для погружения

У нас уже собраны все данные по месту погружения и рассчитаны составы смесей, осталось посчитать их минимальный запас и забить баллоны. Для начала нам необходимо узнать значение поверхностного расхода воздуха SAC (surface air consumption) каждого участника погружения. Своё значение каждый технический дайвер знает наверняка, если нет, то стоит задуматься, стоит ли совершать погружения с таким напарником. В группе всегда выявляется участник с наибольшим расходом и часть расчетов для всех участников лучше производить с использованием его SAC.

Рассмотрим расчет для погружения на 60 м с реальным донным временем 15 минут, используя план составленный на планировщике для одиночного погружения с использованием GF 30/85. (Как составлять план погружений с использованием таблиц, метода глубоких остановок или Ratio Deco вы уже должны знать к этому времени, так же как и о том, как составлять аварийные планы.) Газы выберем исходя из значения END 40 м и SAC = 18 л/мин. Донная смесь – Tmx20/25. В качестве декомпрессионного газа возьмем EAN50.

Планировщик выдает нам следующий план:

Все это погружение у нас разбито на несколько этапов:

• Этап погружения
• Донная часть
• Этап всплытия до первой остановки
• Этап всплытия до декомпрессионной остановки со сменой газа
• Этап всплытия с последней декомпрессионной остановки на поверхность.

Так как мы используем нормоксическую смесь, то у нас нет необходимости в трэвэл газе при спуске с поверхности.

Основным фактором безопасного погружения является возможность всплыть на поверхность живым и здоровым. Для этого нам необходимо знать минимально необходимый запас газа на всплытие, учитывая, что мы оказываем помощь своему напарнику, делясь газом с ним. Сразу скажу, что точно определить такое значение мне кажется сомнительным. Для этого есть много поводов. Во первых, если ваш напарник оказался в ситуации OOG (без газа), то он явно находится в стрессе и его потребление газа возрастает. На сколько – ответить на такой вопрос очень трудно, т.к. уровень стресса может быть разный и предугадать и замерить его очень трудно. Более того, вы тоже будете испытывать стресс от аварийной ситуации и ваше потребление тоже вырастет. Исходя из этого, любой наш расчет будет не совсем точен (ИМХО), но в любом случае он жизненно необходим. Для примерного определения RMV в стрессовой ситуации мы рекомендуем замерить его при большой нагрузке. Как правило величина RMV возрастает минимум в 2 раза.  Возьмем за аксиому, что аварийная ситуация случилась в самом конце донной части погружения, на последней минуте. Для распознания и решения ситуации нам потребуется времени до 1 мин, которое мы проведем на дне.

V газа = Т*P*(RMVдайвер1+RMVдайвер2)*2, где Т – время а Р – абсолютное давление.

1 мин * 7 * (18+18 литр/мин)* 2 = 504 литра

Далее определяем расход на всплытие до первой дэкоостановки с теми же параметрами. Рассчитываем среднюю глубину всплытия и находим абсолютное давление на этой глубине. К значению донной глубины мы прибавляем значение глубины первой остановки и делим полученную сумму на 2, тем самым находя среднюю глубину. После чего вычисляем давление на этой глубине.

(60+30)/2 = 45 м; Р = (45/10)+1 = 5.5 АТА

Время на всплытие (3 мин) рассчитываем исходя из рекомендованного значения скорости всплытия 10 м/мин.

V газа = 3 мин*5.5*(18+18)*2 = 1188 литра

Далее рассчитываем количество газа на, которое будет потрачено на остановках на 30м, 27м, и 24 м и количество газа требующееся на всплытие до остановки на 21 м.

1*4*(18+18)*2 = 288 литра

1*3,7*(18+18)*2 = 266,4литра

1*3,4*(18+18)*2 = 244,8 литра

1*3,5*(18+18)*2 = 252 литра

(средняя глубина между 30 и 21 метров = 25 м, скорость всплытия стандартная 10 м/мин)

Итого, потребуется минимальный газовый резерв в 2743 литров для безопасного всплытия с партнером в аварийной ситуации.

Далее, мы должны определить количество смеси необходимое для этапа спуска. Мы потратим 1 минуту на bubble check и 3 минуты на спуск со скоростью 20 м/мин. Для простоты вычислений считаем, что совершаем равномерное погружение со скоростью 15 м/мин в течении 4 минут. Рассчитываем среднюю глубину и определяем давление на ней.

(0+60)/2 = 30 м

 Р = (30/10)-1 = 4 АТА

Теперь, используя SAC, рассчитываем количество потраченного газа в литрах

Vгаза  = SAC*T*P, где Т- время

Vгаза = 18*4*4 = 288 л

Исходя из полученных данных, нам придется либо корректировать время донной части погружения, либо менять конфигурацию баллонов в сторону увеличения при нехватке запасов газа.

Для донной части нам потребуется:

18*15*7 = 1890 литров.

Итоговый объем необходимого газа:

2743+288+1890 = 4921 литр

Конфигурация баллонов, при условии, что наш компрессор способен забить баллоны до 210 бар:

4921/210= 23,43 литра, т.е. стальная спарка 2*12 л нам подходит, а вот алюминиевой 2*11,2 будет недостаточно.

В случае, если мы испытываем недостаток газа, нам придется корректировать наш план в сторону уменьшения донной части погружения и пересчитывать газовый запас исходя из полученного нового плана.

Для декомпрессионного газа мы применяем ту же методику расчета для каждого этапа всплытия и для каждой остановки и удваиваем полученную величину. Рассчитывать на то, что мы будем делиться декомпрессионным газом с напарником проходя декомпрессию, я считаю неверным, т.к. на дэкобаллоне у нас только одна 2-я ступень регулятора, а совместное дыхание потребует задержки в то время, когда будет дышать ваш напарник, что не лучшим образом отразиться на процессе вывода инертных газов из тканей и приведет к нарушению процесса десатурации, что может привести к ДКБ. В случае потери дэкогаза ваш напарник должен перейти на всплытие по аварийному плану, который он должен составить на этот случай. После окончания ваших дэкообязательств, вы можете поделиться остатками газа (а это 50% от имевшегося у вас запаса) с напарником, передав ему баллон с этой смесью.

На всплытие с 21 м до поверхности мы потратим 3 мин (2 минуты на участке с 21м до 3м и 1 минуту для всплытия на поверхность). Не будем усложнять расчеты и примем среднюю глубину всплытия 10.5 метра.

18*3*2.05 = 110.7 литров.

Итого, необходимо 1044.9 литра * 2 = 2089.8 литра EAN50. Для этого объема газа отлично подходит стандартный алюминиевый баллон S80 с объемом 11.2 литра.

Исходя из наших вычислений, мы приходим к выводу, что для совершения погружения с такими условиями нам необходима спарка из стальных 12л баллонов с Tmx20/25 и алюминиевый стейдж S80 с EAN50. Мы можем применить вторую дэкосмесь (EAN80 или Oxygen) для уменьшения времени декомпрессии, но эффект от этого будет незначителен при данных вводных условиях.