Cơ chế của bộ điều áp: Piston, Màng ngăn và Bảo trì để sinh tồn

Bạn đang ở độ sâu hơn 120 mét. Nhiệt độ nước là 4 độ C. Bóng tối bao trùm. Thứ duy nhất ngăn cách phổi của bạn với sức ép nghiền nát của Đại Tây Dương là một khối đồng được gia công tỉ mỉ và vài vòng đệm cao su (O-rings).

Những tay lặn giải trí ở vùng nhiệt đới coi thiết bị của họ như đồ chơi. Họ vứt bộ điều áp lên cát. Họ rửa chúng mà chẳng thèm nhìn. Họ mặc định rằng khí sẽ luôn tuôn ra.

Tôi không bao giờ mặc định. Trong lặn bão hòa, sự mặc định là bước đầu tiên dẫn đến một đám tang đóng kín nắp quan tài.

Để sống sót dưới vực sâu, hay thậm chí chỉ là một chuyến lặn lạnh lẽo ở vùng vịnh hẹp (fjord), bạn cần hiểu rõ cơ chế vận hành của hệ thống duy trì sự sống. Bạn cần biết áp suất được hạ xuống như thế nào và tại sao lựa chọn loại van lại quan trọng khi nhiệt độ giảm xuống. Và bạn cần biết cách vệ sinh nó mà không làm hỏng nó.

Tầng một: Chế ngự con quái vật

Bình khí sau lưng bạn chứa khí ở mức áp suất khoảng 3000 psi (200 bar). Đôi khi còn cao hơn. Nếu bạn hít trực tiếp luồng khí đó vào phổi, nó sẽ thổi bay phổi bạn như những tờ giấy ướt.

Tầng một (first stage) chính là sức mạnh cơ bắp. Nó kết nối với van bình khí và giảm áp suất khổng lồ đó xuống mức "áp suất trung gian" (intermediate pressure). Mức này thường cao hơn áp suất môi trường xung quanh khoảng 135 đến 145 psi. Nó đóng vai trò như một máy biến áp cho khí.

Có hai cách chính để phép màu cơ khí này diễn ra: Piston và Màng ngăn (Diaphragm).

Bộ điều áp Piston

Bộ điều áp piston rất đơn giản. Chúng có ít bộ phận chuyển động hơn. Bên trong, một piston kim loại rỗng chuyển động tịnh tiến dựa trên một lò xo để kiểm soát luồng khí.

Ưu điểm: Chúng cung cấp lưu lượng khí cực lớn. Nếu bạn đang ở sâu và thở gấp, một bộ piston cân bằng (balanced piston) cao cấp sẽ cung cấp khí một cách nhẹ nhàng.

Nhược điểm: Trong thiết kế tiêu chuẩn, nước sẽ đi vào khoang lò xo chính. Điều này không vấn đề gì ở vùng biển Caribbean. Nhưng ở Na Uy? Đó là một thảm họa. Nước đóng băng quanh piston. Bộ điều áp bị kẹt ở trạng thái mở. Bạn rơi vào tình trạng dòng chảy tự do (free flow). Bình khí của bạn sẽ cạn sạch trong vài giây. Đại dương tràn ngập tiếng ồn và bong bóng. Bạn đang gặp rắc rối lớn.

Bộ điều áp Màng ngăn

Đây là lựa chọn của tôi. Một màng cao su linh hoạt (diaphragm) ngăn cách cơ chế bên trong với nước bên ngoài. Một chốt sẽ truyền áp suất từ màng ngăn đến đế van.

Ưu điểm: Chúng được niêm phong kín. Nước biển lạnh giá không bao giờ chạm tới các bộ phận kim loại chuyển động bên trong. Chúng có khả năng chống đóng băng, chống bùn đất và cặn bẩn.

Nhược điểm: Chúng có nhiều bộ phận hơn. Việc bảo trì phức tạp hơn một chút. Nhưng sự phức tạp đó là cái giá xứng đáng để không bị tinh thể băng hình thành bên trong thiết bị duy trì sự sống của bạn.

Cân bằng (Balanced) so với Không cân bằng (Unbalanced)

Đây là nơi vật lý tác động trực tiếp đến túi tiền của bạn.

Không cân bằng: Áp suất bình khí hỗ trợ việc đẩy van đóng hoặc mở. Khi bình khí cạn dần và áp suất giảm, nỗ lực thở sẽ thay đổi. Bạn càng xuống sâu và bình khí càng cạn, việc hít thở càng trở nên nặng nề. Đây là loại rẻ tiền. Thiết bị cho thuê. Tôi sẽ không dùng loại này ngay cả khi dọn bể bơi của mình.

Cân bằng: Cơ chế được thiết kế sao cho áp suất bình khí không ảnh hưởng đến lực cần thiết để mở van. Bạn nhận được lưu lượng khí như nhau ở mức 200 bar cũng như ở 50 bar. Bạn có được sự nhẹ nhàng khi thở ở độ sâu 10 mét cũng như ở 100 mét. Nếu bạn lặn sâu, bạn phải dùng loại cân bằng.

Dưới đây là bảng phân tích cho những người thực tế:

Tầng hai: Van nhu cầu

Khí rời tầng một qua một ống dây ở áp suất trung gian. Nó chạm tới tầng hai (second stage). Đây là phần bạn ngậm trong miệng.

Tầng hai nhận mức áp suất 140 psi đó và hạ nó xuống bằng với áp suất môi trường. Nó là một "van nhu cầu" (demand valve). Nó chỉ cung cấp khí khi bạn hít vào.

Bên trong có một đòn bẩy. Khi bạn hít vào, áp suất bên trong vỏ máy giảm xuống. Màng ngăn (một cái khác với cái ở tầng một) bị áp suất nước bên ngoài đẩy vào. Nó chạm vào đòn bẩy. Đòn bẩy mở van. Bạn có không khí.

Khi bạn thở ra, bạn đẩy màng ngăn ra ngoài, đòn bẩy đóng lại, và van xả mở ra để bong bóng thoát ra ngoài.

Đơn giản. Nhưng nếu nó được điều chỉnh kém, bạn sẽ phải chiến đấu cho từng hơi thở. Đó gọi là "công thở" (work of breathing). Công thở cao dẫn đến tích tụ CO2. Tích tụ CO2 dẫn đến hoảng loạn. Hoảng loạn dẫn đến cái chết.

Bảo trì: Đừng làm kẻ ngốc

Tôi đã thấy những thợ lặn kết thúc chuyến lặn, quẳng bộ điều áp vào thùng rửa mà không đậy nắp chắn bụi (dust cap), rồi bỏ đi.

Nếu tôi là giám sát của họ, tôi sẽ sa thải họ ngay lập tức.

Bộ phận quan trọng nhất của tầng một là bộ lọc thiêu kết (sintered filter). Đó là một lưới kim loại nhỏ ở đầu vào. Nó ngăn rỉ sét và bụi từ bình khí lọt vào đế van cao áp nhạy cảm.

Nếu bạn để nước lọt vào đầu vào tầng một, bạn đang làm ngập hệ thống cao áp. Nước sẽ ăn mòn lò xo. Nó làm biến chất chất bôi trơn. Nó sẽ làm hỏng đồng hồ đo áp suất.

Quy trình vệ sinh

1. Cố định nắp chắn bụi: Trước khi bất kỳ giọt nước nào chạm vào bộ điều áp, nắp chắn bụi phải được đậy vào đầu vào tầng một. Nó phải khô. Nó phải chặt. Nếu bạn dùng van DIN (loại bạn nên dùng, van yoke chỉ dành cho khách du lịch), hãy đảm bảo nắp vặn đã được bịt kín.
2. Không rửa bằng áp suất cao: Đừng dùng vòi xịt mạnh vào tầng một. Bạn có thể ép nước đi xuyên qua các vòng đệm. Chỉ dùng dòng nước chảy nhẹ.
3. Không ấn nút xả (Purge): Khi bộ điều áp đang ngâm và không có áp suất, đừng bao giờ ấn nút xả trên tầng hai. Điều này sẽ mở van và để nước đi ngược lên ống dây vào thẳng tầng một. Tôi thấy người ta làm việc này trong thùng rửa suốt. Họ đang tự làm hỏng thiết bị của chính mình.
4. Ngâm thiết bị: Tinh thể muối cứng lại như bê tông. Nhúng qua loa chẳng có tác dụng gì. Hãy ngâm trong nước ngọt một giờ. Để muối tan hết.
5. Làm khô: Treo nó lên. Tránh ánh nắng trực tiếp. Tia UV phá hủy các ống cao su.

Dấu hiệu thiết bị của bạn đang "hấp hối"

Hư hỏng cơ khí hiếm khi xảy ra tức thì. Cỗ máy luôn cảnh báo bạn. Bạn chỉ cần biết lắng nghe.

1. Tiếng xì (Rò rỉ)

Nếu bạn nghe thấy tiếng xì từ tầng một khi mở bình khí, bạn đã bị hỏng vòng đệm O-ring hoặc hỏng đế van cao áp. Đừng lặn. Nếu đế van đó hỏng dưới nước, áp suất trung gian sẽ tăng vọt. Tầng hai sẽ không thể giữ được nó. Nó sẽ tạo ra dòng chảy tự do (free flow) cực mạnh.

2. Tăng áp suất trung gian (IP creep)

Đôi khi kim đồng hồ hơi nhích nhẹ. Hoặc tầng hai thỉnh thoảng lại "ợ" ra một bong bóng nhỏ. Đây là hiện tượng "IP creep". Đế van cao áp bên trong không còn kín hoàn toàn. Áp suất đang rò rỉ từ phía bình khí sang phía ống dây. Cuối cùng, nó sẽ ép tầng hai phải mở ra. Nó cần được kỹ thuật viên xử lý.

3. Sức cản khi thở tăng lên

Nếu bạn phải gắng sức để lấy khí, có gì đó không ổn. Bộ lọc có thể bị tắc. Độ cao của đòn bẩy có thể quá thấp. Chất bôi trơn có thể đã khô. Thở nặng gây ra căng thẳng. Căng thẳng sẽ giết chết bạn.

Bài học lạnh giá

Tôi nhớ một công việc ở Biển Bắc. Vào mùa đông. Chúng tôi đang xử lý một mặt bích của đường ống. Tôi đã sử dụng một bộ điều áp dự phòng mà tôi chưa bảo trì trong hai năm. Tôi nghĩ nó vẫn ổn. Nó chỉ là đồ dự phòng thôi mà.

Tôi chuyển sang dùng nó trong khi thay đổi loại khí. Nước gần như đóng băng. Ngay khoảnh khắc tôi hít một hơi, piston không được niêm phong đã bị đóng băng. Cú sốc nhiệt là quá lớn. Bộ điều áp bị kẹt ở trạng thái mở.

Cảm giác như ai đó thọc một vòi cứu hỏa vào họng tôi. Khí đập mạnh đến mức má tôi rung bần bật. Tôi đã phải tiết chế van bình khí (feathering the valve) chỉ để có thể thở mà không làm hỏng phổi. Tôi phải hủy chuyến lặn. Tôi mất tiền công. Tôi trông như một kẻ nghiệp dư.

Kể từ đó, tôi kiểm tra mọi thứ. Tôi bảo trì thiết bị hàng năm, bất kể tôi đã lặn bao nhiêu lần.

Kim loại bị ăn mòn. Cao su bị mục. Muối phá hủy mọi thứ.

Bộ điều áp là thứ duy nhất cho phép bạn ghé thăm thế giới thù địch dưới mặt nước. Hãy đối xử với nó bằng sự tôn trọng. Rửa nó đúng cách. Bảo trì nó thường xuyên.

Hoặc là hãy ở lại trên thuyền. Dù sao thì ở đó cũng ấm hơn.