ضاغط هواء الغوص

ضاغط هواء الغوص هو ضاغط هواء للتنفس ، يُستخدم لتزويد الغواص الذي يتلقى الهواء من السطح مباشرةً، أو لملء أسطوانات الغوص بهواء عالي الضغط ونقيّ بدرجة كافية لاستخدامه كغاز تنفس في ظروف الضغط العالي . عادةً ما يكون ضغط الهواء في ضاغط هواء الغوص منخفض الضغط يصل إلى 30 بار، ويتم ضبطه ليتناسب مع عمق الغوص. أما ضغط الهواء في ضاغط هواء الغوص عالي الضغط، فيتجاوز عادةً 150 بار، ويتراوح عادةً بين 200 و300 بار. ويتم تحديد الضغط بواسطة صمام ضغط زائد، قد يكون قابلاً للتعديل.

معظم ضواغط الهواء المستخدمة في الغوص ذات الضغط العالي هي ضواغط مكبسية متعددة المراحل تعمل بالزيت، مزودة بنظام تبريد بين المراحل ومصائد للتكثيف. أما ضواغط الضغط المنخفض فقد تكون أحادية أو ثنائية المرحلة، وقد تستخدم آليات أخرى إلى جانب المكابس الترددية. عندما يكون ضغط المدخل أعلى من الضغط الجوي المحيط، تُعرف الآلة باسم مضخة معززة للغاز .

عادةً ما يتطلب الأمر ترشيح الهواء الخارج للتحكم في نقائه إلى مستوى مناسب لغاز التنفس عند عمق الغوص المطلوب. تُنشر معايير نقاء غاز التنفس لضمان سلامته. قد يكون من الضروري أيضًا ترشيح هواء السحب لإزالة الجسيمات، وفي بعض البيئات، قد يكون من الضروري إزالة ثاني أكسيد الكربون باستخدام جهاز تنقية . تُعد جودة هواء السحب بالغة الأهمية لجودة المنتج، حيث يصعب إزالة العديد من أنواع الشوائب بعد الضغط. عادةً ما يُزال بخار الماء المتكثف بين مراحل الضغط بعد تبريد الهواء المضغوط لتحسين كفاءة الضغط .

قد تُجهز ضواغط الضغط العالي بأسطوانات تخزين كبيرة ولوحة تعبئة للأسطوانات المحمولة، وقد تُربط بمعدات خلط الغازات . أما ضواغط الغوص ذات الضغط المنخفض، فعادةً ما تُزود لوحة توزيع الغاز بالهواء المضغوط عبر خزان حجمي ، مما يُساعد على تعويض تقلبات العرض والطلب. ^{[ 1 ]} يُنقل الهواء من لوحة الغاز إلى الغواص عبر حبل الغواص .

ضواغط الغوص عالية الضغط هي عمومًا ضواغط هواء ترددية ثلاثية أو رباعية المراحل، تُشحّم بزيت ضواغط معدني أو اصطناعي عالي الجودة خالٍ من الإضافات السامة (يستخدم بعضها أسطوانات مبطنة بالسيراميك مزودة بحلقات مانعة للتسرب، وليس حلقات مكابس ، فلا تحتاج إلى تزييت). يجب أن تستخدم الضواغط المُشحّمة بالزيت فقط مواد التشحيم التي يحددها مُصنِّع الضاغط على أنها مناسبة للاستخدام مع هواء التنفس. تُستخدم مرشحات خاصة لتنقية الهواء من معظم بقايا الزيت والماء (انظر "نقاء الهواء"). ^{[ 2 ]}

غالبًا ما تُشحّم الضواغط الصغيرة بالرش - حيث يتناثر الزيت في علبة المرافق بفعل اصطدام عمود المرفق وقضبان التوصيل - بينما تُشحّم الضواغط الأكبر حجمًا بالزيت المضغوط باستخدام مضخة زيت تُزوّد ​​المناطق الحساسة بالزيت عبر أنابيب وممرات في الهيكل. تحتوي معظم الضواغط المُشحّمة بالزيت على حوض زيت رطب في أسفل علبة المرافق، ويتطلب مستوى الزيت فيها أن يكون ضمن الحدود المُشار إليها بواسطة مؤشر مستوى الزيت أو مقياس الزيت لضمان التزييت السليم. ^{[ 2 ]} كما يجب أن يكون الضاغط مستويًا ضمن مواصفات الشركة المصنعة أثناء التشغيل. تضمن هذه الشروط وجود المُشحّم في المكان المناسب لتلامسه مع الأجزاء المتحركة لتزييتها بالرش، أو لضمان سحب الزيت بكفاءة إلى مضخة الزيت. قد يؤدي عدم الالتزام بهذه المواصفات إلى تلف الضاغط نتيجة الاحتكاك الزائد وارتفاع درجة الحرارة، وتلوث هواء التنفس بمنتجات التحلل السامة للمُشحّمات. ^{[ 2 ]}

تساعد عملية الضغط على إزالة الماء من الغاز، مما يجعله جافًا، وهو أمر جيد للحد من التآكل في أسطوانات الغوص وتجمد منظمات الغوص ، ولكنه يساهم في الجفاف ، وهو عامل في مرض تخفيف الضغط ، لدى الغواصين الذين يتنفسون الغاز. ^{[ 3 ]}

عادة ما تكون ضواغط الغوص ذات الضغط المنخفض ضواغط أحادية المرحلة لأن ضغط التوصيل منخفض نسبياً.

يجب ترشيح الهواء المضغوط الناتج عن الضاغط لجعله صالحًا للاستخدام كغاز تنفس. ^{[ 4 ]} يجب فحص الهواء الناتج عن الضاغط دوريًا للتأكد من مطابقته لمعايير نقاء الهواء. يختلف تواتر الفحص، والملوثات التي يجب تحليلها، والحدود المسموح بها باختلاف التطبيقات والجهات القضائية. يمكن فحص الشوائب التالية:

• ثاني أكسيد الكربون -
• أول أكسيد الكربون - غاز موجود في غازات عادم محركات الاحتراق الداخلي، بما في ذلك تلك المستخدمة غالبًا لتشغيل الضواغط. كما ينتج أيضًا عن تحلل زيت التشحيم عند ارتفاع درجة حرارة الضواغط. أول أكسيد الكربون غاز عديم الرائحة واللون والطعم. وهو قاتل حتى بكميات قليلة، لأنه يرتبط بسهولة بالهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء، مما يدمر قدرة الدم على حمل الأكسجين. يجب تصميم ضواغط هواء التنفس بعناية ووضعها بحيث يكون مدخل الضاغط في مكان جيد التهوية بعيدًا عن عادم المحرك وفي اتجاه مجرى الهواء. ^{[ 5 ] [ 6 ]}
• أبخرة زيت التشحيم - يُعدّ الزيت، الذي يُستخدم لتشحيم الأجزاء الداخلية للضاغط، ضارًا إذا لوّث غاز التنفس واستُنشِق على شكل رذاذ. لا يستطيع الجسم امتصاص الزيوت المشتقة من البترول أو استقلابها، بل تُغطي الأسطح الداخلية للرئتين، مُسببةً حالة تُعرف باسم الالتهاب الرئوي الدهني، والتي قد تؤدي إلى الاختناق والوفاة. لهذا السبب، يجب تصميم الضواغط وصيانتها بعناية لضمان بقاء تلوث غاز التنفس بالزيت ضمن الحدود الآمنة. يجب أن تكون الزيوت المستخدمة معتمدة من قِبَل مُصنِّع الضاغط ومُصنَّفة على أنها آمنة لضواغط هواء التنفس. تُوفِّر العديد من شركات تصنيع مواد التشحيم مجموعة من الزيوت المعدنية والاصطناعية لهذا الغرض. ^{[ 7 ]}
• إجمالي الهيدروكربونات –
• ثاني أكسيد النيتروجين –
• الرائحة والطعم –
• الجسيمات الصلبة –
• بخار الماء – تعتمد الحدود المسموح بها لمحتوى الرطوبة على الضغط: فالهواء الرطب غير ضار بالغواص ويقلل من الجفاف، لذا فهو مقبول في هواء التنفس ذي الضغط المنخفض لتزويد السطح بتركيز أعلى بكثير من تركيزه في أسطوانات الضغط العالي، حيث يمثل التآكل الناتج عن التكثيف مشكلة، وحيث قد يحدث تجمد للمنظم . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

تزيل المرشحات: ^{[ 5 ] [ 6 ]}

• الجسيمات الصلبة من هواء السحب، باستخدام مرشحات ورقية
• الماء ، باستخدام فواصل الماء، أو هلام السيليكا ، أو الألومينا المنشطة ، أو المنخل الجزيئي
• الزيت، باستخدام الكربون المنشط أو المنخل الجزيئي
• أول أكسيد الكربون ، باستخدام عامل مساعد ( هوبكاليت )
• قد يكون استخدام مرشح مسبق (جهاز تنقية) لثاني أكسيد الكربون ضرورياً حسب جودة الهواء الداخل.

الجزء الأخير من دائرة غاز الضاغط هو صمام الضغط العكسي. وهو صمام زنبركي يُفتح للسماح بتدفق الهواء فقط بعد أن يصل الضغط إلى القيمة المضبوطة. يُضبط عادةً على ضغط قريب من ضغط تشغيل الضاغط، وله وظيفتان أساسيتان. ^{[ 6 ]} أولاً، يضمن أنه بعد فترة بدء تشغيل قصيرة، تعمل جميع مراحل الضاغط عند ضغوط التفريغ المصممة لها، بحيث تكون الأحمال على المكابس ثابتة وموزعة بالتساوي حول عمود المرفق. هذا هو الحمل الذي يكون عنده الضاغط متوازنًا عند سرعة التشغيل المصممة. عندما يختلف الضغط في أي أسطوانة عن الضغط الاسمي، ستكون الأحمال غير متوازنة وسيهتز الضاغط أكثر مما هو عليه عند التوازن، وستتعرض محامل العمود لحمل أكبر وستتآكل بشكل أسرع. أثناء بدء التشغيل، يتراكم الضغط أولاً في المرحلة الأولى، ويكون غير متوازن، مع وجود حمل أكبر على مكبس تلك الأسطوانة، وسيهتز أكثر من المعتاد، حيث لا يوجد حمل مكافئ على مكابس المراحل الأخرى، ثم يتراكم الضغط في المراحل الأخرى بالتتابع، حتى تعمل جميع الأسطوانات عند ضغوط التشغيل الخاصة بها، وتصبح الأحمال على جميع المكابس متشابهة، ويبدأ صمام الضغط الخلفي في الفتح للسماح بتدفق الغاز المضغوط إلى لوحة التوزيع. ^{[ 6 ]}

تنقسم ضواغط الغوص عمومًا إلى فئتين: تلك المستخدمة في الغوص الذي يتم تزويده من السطح، وتلك المستخدمة في ملء أسطوانات الغوص وأسطوانات تخزين التزويد السطحي. ^{[ 8 ]}

ضواغط الهواء للغوص التي تُزود من السطح تتميز بضغط منخفض وحجم كبير. تُزود هذه الضواغط الغواص بالهواء مباشرةً عبر لوحة تحكم بالغاز ، تُسمى أحيانًا "وحدة التحكم"، وذلك عن طريق خرطوم يكون عادةً جزءًا من مجموعة خراطيم وكابلات تُسمى "الوصلة". يتراوح ضغطها عادةً بين 6 و20 بار (100 و300 رطل لكل بوصة مربعة) . ^{[ 9 ]} يجب أن تكون هذه الضواغط قوية بما يكفي لتوفير الغاز بضغط وحجم مناسبين لعدة غواصين يعملون على أعماق تصل إلى حوالي 60 مترًا (200 قدم) . ^{[ 10 ]} قد يلزم توفير ما يصل إلى 75 لترًا في الدقيقة لكل غواص في الأعماق. ^{[ 9 ]}  

تتميز ضواغط الهواء المستخدمة لملء أسطوانات الغوص بضغط ضخ عالٍ، وقد يكون حجم الضخ منخفضًا. تُستخدم هذه الضواغط لملء أسطوانات الغوص وأسطوانات التخزين، أو مجموعات أسطوانات التخزين. قد تكون هذه الضواغط أصغر حجمًا وأقل قوة، لأن حجم الغاز الذي توفره ليس بالغ الأهمية، إذ لا يستخدمه الغواص مباشرةً؛ ويمكن استخدام ضاغط ذي حجم ضخ منخفض لملء أسطوانات التخزين الكبيرة خلال فترات انخفاض الطلب. ويمكن إعادة ضخ هذا الهواء المضغوط المخزن إلى أسطوانات الغوص عند الحاجة. تتراوح ضغوط أسطوانات الغوص الشائعة بين 200 بار (2940 رطل/بوصة مربعة)، و3000 رطل/بوصة مربعة (207 بار)، و232 بار (3400 رطل/بوصة مربعة)، و300 بار (4500 رطل/بوصة مربعة). ^{[ 2 ]}

عند ملء أسطوانات الغوص، يسخن الغاز الموجود بداخلها نتيجة التسخين الأديباتي . وعندما يبرد الغاز بفقدانه الحرارة إلى المحيط، ينخفض ​​الضغط وفقًا لمعادلة الغازات العامة وقانون جاي-لوساك . يسعى الغواصون، لزيادة وقت غوصهم، إلى ملء أسطواناتهم إلى أقصى حد ممكن، أي ضغط التشغيل. ولتزويد الغواص بأسطوانة مملوءة بضغط التشغيل عند درجة الحرارة الاسمية 15 أو 20  درجة مئوية، يجب تبريد الأسطوانة والغاز أثناء الملء، أو ملؤها بضغط بحيث يصل إلى ضغط التشغيل عند التبريد. يُعرف هذا بضغط التشغيل لدرجة حرارة الملء. قد تحدد لوائح الصحة والسلامة ومعايير تصميم أوعية الضغط درجة حرارة تشغيل الأسطوانة، عادةً إلى 65  درجة مئوية، وفي هذه الحالة يجب ملء الأسطوانة ببطء كافٍ لتجنب تجاوز درجة حرارة التشغيل القصوى. ^{[ 11 ]}

غالبًا ما تُملأ الأسطوانات بمعدل أقل من 1 بار (100 كيلو باسكال أو 15 رطل/بوصة مربعة ) في الثانية لإتاحة الوقت لانتقال الحرارة إلى المحيط والحد من ارتفاع درجة الحرارة. ولتسريع عملية إزالة الحرارة أثناء ملء الأسطوانة، تقوم بعض محطات التعبئة بملء الأسطوانات وهي مغمورة في حوض من الماء البارد. ويزداد خطر تآكل الأسطوانة من الداخل نتيجة دخول الرطوبة من البيئة الرطبة إلى الأسطوانة بسبب التلوث أثناء توصيل خرطوم التعبئة في عملية الملء الرطب. ^{[ 12 ]}

يمكن توصيل الضواغط بمجموعة من الأسطوانات الكبيرة ذات الضغط العالي لتخزين الغاز المضغوط، لاستخدامه في أوقات الذروة. يسمح هذا لضاغط أرخص وأقل استهلاكًا للطاقة، والذي يكون بطيئًا نسبيًا في ضخ الغاز، بملء المجموعة تلقائيًا خلال فترات الخمول، وتخزين كمية كبيرة من الهواء المضغوط بحيث يمكن ملء مجموعة من الأسطوانات بسرعة أكبر عند ذروة الطلب دون تأخير بسبب بطء الضاغط. في الغوص السطحي، يمكن استخدام مجموعات الأسطوانات ذات الضغط العالي كنسخة احتياطية في حالة تعطل الضاغط الرئيسي، أو يمكن استخدامها كمصدر رئيسي لغاز التنفس، وهو نظام يُعرف أيضًا باسم " بديل أسطوانات الغوص ". ^{[ 10 ]}

يمكن ملء الأسطوانات مباشرةً من مخرج الضاغط، أو من مشعب التعبئة، عبر خرطوم مرن عالي الضغط مزود بصمام تعبئة وصمام تنفيس يُعرف باسم خرطوم التعبئة. يُزوّد ​​الجهاز بمقياس ضغط لمراقبة الضغط داخل الأسطوانة أثناء التعبئة. ويمكن استخدام صمام ضغط زائد أو مفتاح ضغط كهربائي للحد من ضغط التعبئة إذا تم ضبط الضاغط على ضغط أعلى من ضغط التشغيل الفعلي للأسطوانات المراد تعبئتها. ^{[ 2 ]}

يمكن ربط الضواغط بلوحة خلط الغازات لتحضير مخاليط النيتروكس ، والتريمكس ، والهيليار، أو الهيليوكس . [ ^{13 ] تتحكم} اللوحة في عملية تفريغ الأكسجين والهيليوم من الأسطوانات المشتراة من موردي الغاز التجاريين.

بما أنه لا يمكن تفريغ الغاز من أسطوانة تخزين ذات ضغط أقل إلى أسطوانة الغوص، فإن الغاز باهظ الثمن الموجود في أسطوانات التخزين منخفضة الضغط لا يُستهلك بسهولة، وقد يُهدر عند إعادة أسطوانة التخزين إلى المورد. يمكن استخدام نظام التتابع مع مجموعة من أسطوانات التخزين لاستهلاك هذه الغازات عالية التكلفة بكفاءة اقتصادية، بحيث يُستفاد من أقصى كمية ممكنة من الغاز من المجموعة. ^{[ 13 ]} يتضمن ذلك ملء أسطوانة الغوص عن طريق تفريغ الغاز أولاً من أسطوانة المجموعة ذات الضغط الأدنى (الأعلى من ضغط أسطوانة الغوص)، ثم من أسطوانة المجموعة التالية ذات الضغط الأعلى بالتتابع حتى تمتلئ أسطوانة الغوص. يُحسّن هذا النظام استخدام غاز المجموعة منخفض الضغط ويُقلل من استخدام غاز المجموعة عالي الضغط. ^{[ 2 ]}

هناك طريقة أخرى لجمع الغازات منخفضة الضغط باهظة الثمن وهي ضخها باستخدام مضخة معززة للغاز مثل مضخة هاسكل ، أو إضافتها إلى هواء السحب لضاغط مناسب عند الضغط الجوي في خلاط يُعرف باسم عصا الخلط . ^{[ 13 ]}

قد يُشترط على مُشغّل ضاغط هواء الغوص الحصول على شهادة رسمية تثبت كفاءته في تشغيل ضاغط هواء الغوص وملء أسطوانات الضغط العالي. وفي مناطق أخرى، قد يُشترط على المُشغّل أن يكون مؤهلاً لاستخدام المعدات وفحص الأسطوانات خارجيًا للتأكد من مطابقتها للمواصفات، ولكن قد لا يُشترط الحصول على ترخيص أو تسجيل رسمي. ^{[ 11 ]} وفي مناطق أخرى، قد لا يكون هناك أي رقابة على الإطلاق. وعادةً ما تُطبّق تشريعات الصحة والسلامة المهنية الوطنية و/أو المحلية.

هناك جانبان أساسيان يجب أخذهما في الاعتبار: صحة وسلامة المشغل، الذي يشغل معدات خطرة ويتعرض لمخاطر ميكانيكية وضوضائية من آلات الضاغط ومعدات الضغط العالي والأسطوانات، وصحة وسلامة مستخدم غاز التنفس، الذي يعتمد على مشغل الضاغط لضمان الجودة. ^{[ 11 ] [ 2 ]}

• مضخة معززة – آلة لزيادة ضغط السائل