44

 

W AKCJI 3/2012 

W polskich akwenach strażacy nurkowie często pracują w ekstremalnych 
warunkach. Odpowiedni dobór sprzętu i jego właściwa konfi guracja gwarantują 
nie tylko bezpieczną pracę ratowników, ale także zwiększają jej efektywność. 

mł. bryg. mgr inż. Paweł Dyba
KW PSP Kraków

Automaty nurkowe

do wykonywania prac podwodnych w PSP

A

utomat oddechowy spełnia 
pięć podstawowych funkcji: 
redukuje wysokie ciśnienie 

mieszaniny oddechowej znajdują-
cej się w butli do wartości ciśnienia, 
jakie panuje na bieżącej głęboko-
ści nurkowania, podaje mieszaninę 
oddechową w odpowiednim mo-
mencie, podaje mieszaninę odde-
chową w odpowiedniej ilości, zasi-
la dodatkowe urządzenia (np. KRW, 
suchy skafander itp.) oraz umożli-
wia wykonanie wydechu.

Zadaniem pierwszego stopnia 

jest redukcja wysokiego ciśnienia 
(200-300 atm) do tzw. ciśnienia mię-
dzystopniowego, wynoszącego 8,5-
13 atm. Zadaniem drugiego stop-
nia redukcji jest redukcja ciśnienia 
międzystopniowego do ciśnienia 
otoczenia nurka. 

Pierwszy stopień 

redukcji

Ciśnienie średnie panuje na wyjściu 
z I stopnia redukcji, w wężu łączą-
cym stopnie automatu, oraz na wej-
ściu do II stopnia redukcji. Jako wiel-
kość względna ma ono wartość sta-
łą. Jako wielkość bezwzględna jest 
zmienne i zależy od głębokości, 
na jakiej pracuje automat. Ciśnie-
nie względne jest mierzone w od-
niesieniu do ciśnienia otoczenia, 
bezwzględne natomiast w odnie-

sieniu do warunków próżni. Najczę-
ściej spotykana względna wartość 
ciśnienia międzystopniowego wy-
nosi 0,1 MPa. Oznacza to, że pod-
czas nurkowania bezwzględne ci-
śnienie międzystopniowe będzie za-
wsze o 10 atm wyższe od panujące-
go na danej głębokości. Tę właśnie 
wartość podają producenci w spe-
cyfikacjach automatów oddecho-
wych. Bezwzględna wartość ciśnie-
nia średniego wynika z głębokości, 
na jakiej znajduje się nurek (wzrost 
ciśnienia hydrostatycznego). 

Utrzymywanie wartości ciśnienia 

zgodnego z założeniami producen-
ta wpływa na poprawność pracy 
automatu. Wzrost względnego ci-
śnienia międzystopniowego może 
powodować samoczynny wypływ 
powietrza z automatu lub w nie-
których konstrukcjach powodować 
jego uszkodzenie. Spadek ciśnienia 
międzystopniowego zwiększa opo-
ry oddechowe automatu lub wręcz 
uniemożliwia jego działanie. Dlate-
go jedną z podstawowych czynno-
ści serwisowych powinna być kon-
trola i regulacja wartości ciśnienia 
międzystopniowego. 

Parametr, jakim jest wartość 

względna ciśnienia międzystop-
niowego, decyduje o kompatybil-
ności elementów pierwszego i dru-
giego stopnia redukcji pochodzą-

cych od różnych producentów. Pro-
blem ten szczególnie często wystę-
puje podczas współpracy maski 
pełnotwarzowej nadciśnieniowej 
DIVATOR MK II (AGA) firmy Inter-
spiro z pierwszym stopniem auto-
matu Cyklon 5000 firmy Poseidon. 
Aby poszczególne stopnie reduk-
cji poprawnie ze sobą współpra-
cowały, muszą być przystosowane 
do takiego samego ciśnienia mię-
dzystopniowego. 

W zależności od modelu Cy-

klon 5000 nr kat. 2950 lub 3950, 
średnie ciśnienie zredukowane wy-
nosi 11,5-12,5 bar, a w nr kat. 3750 
– 10 bar. Średnie ciśnienie zredu-
kowane I stopnia Interspiro wy-
nosi 7,5 bar ± 0,5 przy przepływie 
Q = 120 l/min, co w warunkach 
statycznych wynosi 10 ± 0,5 bar. 
W związku z tym różnica ciśnień 
teoretycznie nie ma takiego zna-
czenia, ponieważ:
−  II stopień maski AGA posiada za-

wór bezpieczeństwa wyregulo-
wany w zakresie 12-17 bar,

−  AGA jest automatem odciążonym, 

tzn. że wartość ciśnienia zreduko-
wanego nie ma w tym przypad-
ku istotnego wpływu na funkcjo-
nowanie automatu i jego opory 
oddechowe,

− ciśnienie zredukowane w Cy-

klonie 5000 można zmniejszyć 

45

W AKCJI 3/2012 

 

Wskazane jest, aby pierwszy 

stopień redukcji posiadał co naj-
mniej trzy, a najlepiej cztery por-
ty LP umieszczone po dwa z każdej 
strony automatu. Taka liczba portów 
pozwoli na wygodne i ergonomicz-
ne rozmieszczenie węży oraz nie bę-
dzie ograniczała rozbudowy konfigu-
racji sprzętowej.

Sposób sterowania

Za pracę każdego ze stopni redukcji 
odpowiedzialny jest element steru-
jący. Jego zadanie to automatycz-
na reakcja na zmiany ciśnienia oto-
czenia oraz otwieranie i zamykanie 
przepływu powietrza zgodnie z ryt-
mem oddechowym nurka. Pierw-
szy stopień automatu oddechowe-
go może być sterowany membraną 
lub tłokiem. 

Przed podłączeniem do zasilania 

sprężonym powietrzem zawór re-
dukcyjny składający się z grzybka 

do wartości 10-11 bar bez 
uszczerbku dla funkcjonowania 
I stopnia i bez istotnego wpływu 
na jego wydajność,

− II stopień automatu Interspiro 

może pracować w zakresie 6-11 bar 
ciśnienia zredukowanego I stopnia.

Porty przyłączeniowe

W każdym pierwszym stopniu re-
dukcji automatu oddechowego wy-
stępują gwintowane gniazda (por-
ty) umożliwiające podłączenie do-
datkowych urządzeń. Do portów 
LP (

low pressure) podłączane są od-

biorniki ciśnienia międzystopniowe-
go, takie jak drugi stopień redukcji, 
maska pełnotwarzowa, wężyk zasi-
lający kamizelkę RW lub suchy ska-
fander. Do portu HP (

high pressure) 

zwykle podłączany jest manometr 
lub komputer wyposażony w funk-
cje pomiaru ciśnienia mieszaniny 
oddechowej.

oraz gniazda jest otwarty. Po pod-
łączeniu zasilania sprężone powie-
trze przedostaje się do komory wyso-
kiego ciśnienia, a następnie poprzez 
otwarty zawór do komory ciśnienia 
międzystopniowego. Przepływ po-
wietrza trwa do chwili zrównoważe-
nia się sił działających na membranę. 
Od strony komory wodnej na mem-
branę działa parcie hydrostatyczne 
wody oraz siła nacisku sprężyny od-
powiedzialnej za wartość ciśnienia 
międzystopniowego. Od strony ko-
mory średniego ciśnienia na mem-
branę działa parcie powietrza sprę-
żonego w tej komorze. Zrównowa-
żenie się sił działających na mem-
branę powoduje jej podniesienie 
do pozycji swobodnej, przemiesz-
czenie popychacza oraz dociśnię-
cie przez sprężynę doszczelniającą 
grzybka do gniazda. Przepływ zo-
staje zamknięty. Pobranie wdechu 
z komory średniego ciśnienia (po-

46

 

W AKCJI 3/2012 

łączonej wężem z drugim stopniem 
redukcji) wywołuje spadek ciśnienia 
w tej komorze i ugięcie membrany, 
która za pośrednictwem popychacza 
odsuwa grzybek od gniazda. Prze-
pływ zostaje otwarty aż do chwili 
ponownego zrównoważenia mem-
brany. Podczas zwiększania głębo-
kości i wzrostu parcia hydrostatycz-
nego następuje ugięcie membrany, 
przesunięcie popychacza i otwarcie 
zaworu. Do komory średniego ciśnie-
nia dostaje się powietrze. Przepływ 
trwa do chwili zrównoważenia mem-
brany. Proces otwierania i zamyka-
nia zaworu powtarza się cyklicznie 
przy każdym wdechu nurka i pod-
czas zwiększania głębokości. 

Automaty sterowane membra-

ną szybko reagują na podciśnie-
nie wdechu oraz charakteryzują się 
małymi oporami otwarcia przepły-
wu. Wadą dużej czułości automatu 
jest jednak tendencja do „wzbudza-
nia się”, czyli uruchamiania samo-
czynnego wypływu powietrza. Au-
tomaty membranowe są stosunko-
wo odporne na zanieczyszczenia, 
ze względu na brak kontaktu wody 
z ruchomymi elementami urządze-
nia. Z tego powodu między innymi 
uznaje się je również za mniej po-
datne na zamarzanie.

Drugi stopień redukcji

Zadaniem drugiego stopnia jest re-
dukcja ciśnienia międzystopniowe-
go do wartości „oddechowej”, jaka 
panuje na danej głębokości nurko-
wania. Większość automatów od-
dechowych ustawiona jest fabrycz-
nie do pracy z ciśnieniem między-
stopniowym, wynoszącym 0,1 MPa. 
Nie oznacza to jednak przyzwolenia 
na wymienność drugich stopni i ich 
prawidłową współpracę z dowolnym 
pierwszym stopniem. Jest to czyn-
ność niedozwolona, na którą nie ze-
zwalają producenci sprzętu pod ry-
gorem utraty gwarancji.

Najczęściej spotykanym układem 

w drugim stopniu automatu od-
dechowego jest zawór redukcyjny 
współbieżny. Jego główną zaletą jest 
spełnianie funkcji nadmiarowego za-
woru bezpieczeństwa. W przypadku 
wzrostu ciśnienia międzystopniowe-
go, wywołanego np. awarią lub za-
marznięciem pierwszego stopnia 
redukcji, zawór współbieżny auto-
matycznie otwiera się i, wypuszcza-
jąc na zewnątrz nadmiar mieszaniny 
oddechowej, chroni automat przed 
zniszczeniem.

Drugi stopień redukcji zawsze ste-

rowany jest za pomocą membra-
ny. Zwykle wykonana jest ona z si-
likonu, a jej środek jest dodatkowo 
usztywniany krążkami z nierdzew-
nej blachy lub tworzywa. Średni-
ca membrany wynosi najczęściej 
od 60 mm do 80 mm. 

Powietrze z pierwszego stopnia 

redukcji doprowadzane jest do ko-
mory ciśnienia międzystopniowego. 
Membrana rozdziela wnętrze obudo-
wy na komorę powietrzną i wodną. 
Zaburzenie równowagi ciśnień nad 
i pod membraną (wdech, zmiana głę-
bokości) powoduje jej ugięcie i wy-
warcie nacisku na dźwignię. Poprzez 
swój ruch dźwignia odsuwa grzybek 
od gniazda, otwierając dopływ powie-
trza. W chwili gdy na membranie za-
panuje równowaga ciśnień, spręży-
na doszczelniająca zamyka zawór re-
dukcyjny. Zachowanie równowagi ci-
śnień na membranie występuje tylko 
pod warunkiem zapanowania w ko-
morze powietrznej takiego ciśnienia, 
jakie występuje na bieżącej głęboko-
ści nurkowania. W ten sposób jest re-
alizowana jedna z najważniejszych 
funkcji spełnianych przez automat 
oddechowy. Wydech zostaje skiero-
wany poza komorę powietrzną przez 
zawór wydechowy. Przycisk „by-pass” 
umożliwia, poprzez ugięcie membra-
ny, manualne wymuszenie przepły-
wu mieszaniny oddechowej.

Wspomaganie

Mechanizm powstawania efektu 
Venturiego (efektu iniekcji) można 
wyjaśnić w oparciu o prawo Berno-
uliego, które mówi, że dla gazu do-
skonałego suma ciśnień statyczne-
go i dynamicznego jest stała. Po-
wietrze wypływające z dyszy zbież-
nej osiąga na jej końcu największą 
prędkość, a więc dużą wartość ci-
śnienia dynamicznego. Odpowied-
nio zmniejsza się wartość ciśnienia 
statycznego. W przypadku umiesz-
czenia dyszy w drugim stopniu re-
dukcji automatu oddechowego 
i skierowaniu jej w stronę ustnika, 
w komorze powietrznej wytworzy 
się dodatkowe podciśnienie, wpły-
wające na ugięcie membrany oraz 
zwiększenie przepływu. Dojdzie 
do wspomaganego wypływu powie-
trza, co znacznie obniży opory odde-
chowe, a szczególnie ich składową 
związaną z utrzymaniem przepływu. 
Natężenie efektu wspomagania za-
leży również od głębokości nurko-
wania, temperatury otoczenia i spo-
sobu pobierania wdechu.

W początkowej fazie przebiegi 

obu charakterystyk są podobne. 
Przedstawiają one przyrost warto-
ści oporów otwierania przepływu. 
W chwili otwarcia przepływu w ukła-
dzie obrazowanym charakterysty-
ką „b” włącza się układ wspomaga-
nia i następuje gwałtowny spadek 
oporów wdechu. Wartości ujemne 
oporów świadczą o całkowicie sa-
moczynnym wypływie powietrza 
z automatu oddechowego. Porów-
nując pola zawarte między krzywy-
mi a osią czasu, ilustrujące pracę wy-
konywaną przez płuca nurka, widać, 
jak bardzo korzystne jest stosowanie 
układów wspomagających na dru-
gim stopniu redukcji.

Przy zbyt dużym natężeniu efek-

tu wspomagania może dojść do tzw. 
wzbudzenia się automatu, czyli sa-
moczynnego wypływu powietrza 

48

 

W AKCJI 3/2012 

po zakończeniu wdechu. Aby temu 
zapobiec, układy wspomagające mu-
szą być wyposażone w element regu-
lacyjny, umożliwiający dobranie na-
tężenia efektu iniekcji odpowiednio 
do warunków nurkowania.

Zapobieganie 

zamarzaniu

Problem zamarzania automatów 
oddechowych występuje w czasie 
nurkowań w polskich wodach bez 
względu na porę roku. Latem do za-
marznięcia automatu dochodzi naj-
częściej w warstwie podskokowej, 
gdzie temperatura wody wynosi za-
wsze 4°C. Wiosną, jesienią, a zwłasz-
cza zimą zamarznięcie automatu 
może wystąpić na każdej głębokości 
nurkowania. Zachodzące w automa-
cie oddechowym zjawiska rozpręża-
nia i dławienia (efekt Joule’a-Thomp-
sona) powodują, że w układzie re-
dukcyjnym automatu oddechowe-
go temperatura powietrza osiąga 
wartość ujemną. Wynikiem tego 
jest tworzenie się w przestrzeniach 
automatu kryształków lodu, które 
zakłócają prawidłową pracę auto-
matu poprzez stałe otwarcie bądź 
zamknięcie przepływu mieszaniny 
oddechowej.

Wymiana ciepła

Podstawowym zadaniem rozwią-
zań konstrukcyjnych zmniejszają-
cych ryzyko zamarzania wewnętrz-
nego jest pobieranie ciepła z wody 
i ogrzewanie czynnika oddecho-
wego oraz elementów układu re-
dukcyjnego. Stosowane są w tym 
celu materiały o dobrym przewod-
nictwie cieplnym, a geometria ele-
mentów jest tak dobierana, by za-
pewnić jak największą powierzch-
nię wymiany ciepła.

Jedno z rozwiązań polega na in-

tegracji gniazda zaworu z korpu-
sem automatu. Ciepło wody po-
bierane przez korpus przekazywa-

ne jest do gniazda. Ogrzaniu ule-
ga zarówno układ redukcyjny, jak 
i przepływający przez niego czyn-
nik oddechowy. Rozwiązanie cha-
rakteryzuje się wysoką sprawno-
ścią przekazywania ciepła i prosto-
tą wykonania.

Zwiększeniu powierzchni wy-

miany ciepła służą 

tzw. radiatory. 

Są to mosiężne elementy umiesz-
czane najczęściej w pobliżu ukła-
du redukcyjnego. Radiator prze-
kazuje ciepło do gniazda zaworu, 
ogrzewając równocześnie powie-
trze dopływające do drugiego stop-
nia redukcji.

Izolacja od środowiska

Ochrona przed zamarzaniem ze-
wnętrznym polega głównie na izo-
lowaniu od otoczenia komory wod-
nej pierwszego stopnia redukcji au-
tomatu oddechowego.

Rozwiązaniem najczęściej stoso-

wanym jest wypełnienie komory 
niezamarzającą substancją, taką jak 
alkohol czy olej silikonowy. Po na-
pełnieniu komory wodnej zostaje 
ona zamknięta dodatkowym, chro-
niącym przed wyciekami, elastycz-
nym elementem, który przenosi sy-
gnał o ciśnieniu hydrostatycznym, 
niezbędnym dla prawidłowej pra-
cy automatu.

Innym przykładem zabezpiecze-

nia komory wodnej jest tzw. „komo-
ra sucha”. Przestrzeń nad membra-
ną sterującą wypełniona jest powie-
trzem, a sygnał o ciśnieniu hydrosta-
tycznym przenoszony jest za pośred-
nictwem dodatkowego elementu 
(transmitera).

Norma EN250

Sprzęt oddechowy przeznaczo-
ny do nurkowań w zimnej wodzie 
musi jako minimum posiadać pa-
rametry określone europejską nor-
mą EN250. Spełnianie warunków 
normy sprawdzane jest przez pod-

danie automatu oddechowego ba-
daniom testowym.

Warunki testu:

•  temperatura wody: 2-4°C,
•  czas trwania testu: 5 minut,
•  ciśnienie otoczenia: 6 bar (50 m 

głębokości),

•  cykl oddechowy: 25 oddechów/min,
•  objętość jednego oddechu: 2,5 l,
•  przepływ: 62,5 l/min.

Cykl oddechowy realizowany jest 

przez urządzenie symulujące pracę 
płuc nurka. W czasie trwania testu 
nie może dojść do samoczynnego 
przepływu powietrza. O dopuszcze-
niu automatu do nurkowań w warun-
kach zimnej wody decydują zmierzo-
ne podczas testu parametry. 

Wymagane parametry:

•  maks. praca oddechowa: 3 J/l,
•  maks. podciśnienie wdechu: 

25 mbar,

•  maks. nadciśnienie wydechu: 

25 mbar,

•  maks. nadciśnienie wdechu: 

5 mbar.
Dzisiaj każdy automat używany 

przez PSP spełnia warunki normy 
EN250. Należy pamiętać, że zama-
rzanie układu redukcyjnego może 
wystąpić zarówno na pierwszym, 
jak i na drugim stopniu automatu 
oddechowego. Zależy to od jego 
konstrukcji, techniki użytkowania 
i wilgotności powietrza. Źródłem 
wilgoci na drugim stopniu reduk-
cji jest para wodna zawarta w wy-
dychanym przez nurka powietrzu, 
woda przedostająca się przez ustnik 
do komory powietrznej oraz wilgot-
ne powietrze pobierane z butli. Źró-
dłem wilgoci na pierwszym stopniu 
redukcji może być woda wypełnia-
jąca komorę wodną lub powietrze 
pobierane z butli nurkowej. 

‰

Piśmiennictwo
1. Paradowski J.: 

Nurkowanie pod lodem, 

Ogólnopolskie Centrum Szkolenia Nur-
kowego KDP PTTK, Warszawa 2001.