เจาะลึก Regulator Part 5: Upstream vs Downstream Second Stage Regulator

วิธีการทำงานของ Second stage คือจะจ่ายอากาศให้เมื่อนักดำน้ำมีการหายใจเข้าทำให้ความดันในตัวบอดี้ของ second stage ลดลง และทำให้ชิ้นส่วนเคลื่อนไหวใน second stage ทั้งหมดทำงานร่วมกันเพื่อจ่ายอากาศให้นักดำน้ำใช้เมื่ออยู่ใตน้ำ

แต่หลักการทำงานของ second stage นั้นแบ่งได้เป็นระบบ Downstream และ Upstream ที่มีหลักการทำงานไม่เหมือนกัน แต่ได้ผลลัพธ์เหมือนกัน

Downstream Valve

Downstream Valve นั้นมีหลักการคือ การวางตำแหน่งวาล์วลักษณะเปิดปิดตามการไหลของก๊าซ เช่น ก๊าซไหลจากซ้ายไปขวา downstream valve จะปิดวาล์วโดยการเอา valve seat ปิดกับ orifice ไว้โดยการใช้แรงสปริงในการสู้แรงไหลของก๊าซไว้ และจะเปิดโดยการยก valve seat ตามกระแสการไหล ให้อากาศไหลผ่านวาล์วไปได้

ผู้ผลิตแทบทุกยี่ห้อจะออกแบบให้ Second stage regulator นั้นอยู่ในหลักการ Downstream Valve เป็นหลักอยู่เสมอ เพราะเป็นการออกแบบที่ถ้าเทียบกับ Upstream Valve แล้วจะไม่ซับซ้อน และในการเรียนการสอนดำน้ำขั้น open water diver ของทุกสำนัก จะสอนทักษะที่หายใจจาก second stage ที่ "free-flow" หรือ "fail-flow" เพราะเมื่อ first stage regulator ทำงานผิดพลาดไม่สามารถคุม IP ได้จะทำให้ second stage ทำงานผิดพลาดไปด้วย เพราะค่า IP ในสายนั้นมากเกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ ทำให้แรงสปริงนั้นไม่สามารถสู้แรงดันของอากาศได้ (fail) และถูกดันไปในตำแหน่งเปิดค้างไว้ด้วย IP ที่มาจาก first stage เป็นผลให้เกิดการ "free flow" ขึ้นได้

By Scuba_regulator_2nd_stage_animation.gif: Pbsouthwoodderivative work: RexxS (talk) - Scuba_regulator_2nd_stage_animation.gif, CC BY-SA 3.0

Upstream Valve

ในทางกลับกัน การทำงานของ upstream valve นั้นจะตรงกันข้ามกับ downstream valve ที่ทำงานโดยการเอาตัว valve seat นั้นวางสลับด้านกัน ทำให้การไหลของอากาศนั้นมีส่วนช่วยให้ valve seat อยู่ในตำแหน่งปิดและเมื่อต้องการเปิด ต้องมีกลไกที่ไปดันให้ valve seat นั้นขยับสวนทางการไหลของอากาศเพื่อเปิดให้ก๊าซสามารถไหลผ่านไปต่อได้

ระบบนี้นั้นสำหรับการดำน้ำแล้ว ปัจจุบันมีผู้ผลิตรายเดียวที่เป็นตัวของตัวเอง ยืนหยัดใช้ระบบ upstream มาตั้งแต่ปี 1958 จนถึงปัจจุบัน นั่นคือ Poseidon Diving Systems จากประเทศสวีเดน

ที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือ Upstream Valve ของ Poseidon นั้นจะมีขีดความสามารถในการจ่ายอากาศได้สูงมากกว่า หรือเทียบเท่า Balanced downstream valve ทั้งที่ใช้ Intermediate Pressure ต่ำกว่า เป็นเพราะหลักการออกแบบใช้กลไลอากาศที่ไม่ค่อยพบเห็นกันใน diving regulator แต่ทำให้การใช้แรงในการเปิดวาล์วนั้นน้อยมาก

Poseidon Jetstream Cutaway - Servo Valve Technology

Upstream Valve มักจะเป็นตัวร้ายในสายตาคนอื่น

การออกแบบของ Upstream valve นั้นทำงานไม่เหมือนกันกับ Downstream Valve เมื่อ First stage ทำงานผิดพลาดและจ่าย IP มากเกินไป Second stage จะไม่ทำการจ่ายอากาศที่ล้นเกินแทน หรือเรียกว่า "fail shut" แทน ซึ่งในค่านิยมของการดำน้ำนันทนาการทั่วไปนั้นมองว่าเป็นสิ่งที่อันตราย เพราะหากอุปกรณ์เสียหาย การ free flow อากาศทิ้ง จะปลอดภัยกว่า และการที่ First Stage นั้นเสียหาย ไม่สามารถคุม IP ได้ อาจทำให้ความดันก๊าซในสายนั้นมากเกินกว่าที่สาย LP จะรับไหว และเสียหายในที่สุด

แต่ในความเป็นจริง ความดันก๊าซที่มากขึ้นเกินไปนั้นไม่สามารถระบายออกได้จากทาง second stage และถูกสะสมไว้ที่สาย LP hose และ First Stage แทน และจะ Upstream Valve จะมี Overpressure Valve ติดตั้งมาให้แทน เพื่อลดความดันที่เกินมาออกจากระบบ ทำให้สาย LP Hose นั้นยังทำงานได้อยู่ และนักดำน้ำยังสามารถหายใจจาก second stage ได้ปกติ ซึ่งในทางปฏิบัตินั้นการหายใจของนักดำน้ำจะยังทำได้โดยปกติ แม้มีก๊าซรั่วผ่าน Overpressure Valve และอัตราการสูญเสียก๊าซนั้นจะช้ากว่า Downstream Valve อย่างชัดเจน เพราะถ้าหาก First stage นั้นคุม IP ไม่ได้แล้ว Second stage ทั้งสองตัว จะมีอากาศรั่วออกมาพร้อมกัน รวมไปถึงการที่อากาศจ่ายออกมจาก second stage นั้นจะเกิด venturi effect ที่ทำให้กลไกกระเดื่องและชุดสปริงกดค้างไว้ ทำให้การสูญเสียอากาศนั้นมากกว่า Overpressure Valve ของ Upstream Valve อย่างแน่นอน และเป็นเหตุผลว่าทำไมต้องเรียนทักษะหายใจจาก free flow regulator เพราะว่าไม่สามารถสลับเอา back up มาหายใจได้ เพราะรั่วเหมือนกัน

ถ้า Upstream Valve ดีทำไมไม่แพร่หลาย

การซ่อมบำรุง Upstream Valve นั้นแตกต่างจาก mainstream ค่อนข้างมาก และอุปกรณ์ดำน้ำที่ผลิตโดยผู้ผลิตยี่ห้อเดียว แต่หน้าตาเหมือนกระดูกหมานั้นอาจจะไม่เป็นที่โดนใจใครหลายคนนัก ถึ

แม้ regulator กระดูกหมานั้นจะจ่ายอากาศได้ดี และสามารถสลับหัวซ้ายขวาได้โดยไม่ต้องกังวลถึง second stage orientation แต่การที่ผู้ผลิตเจ้าอื่น เคยใช้ และเลิกไป กับ upstream valve technology แล้วไปพัฒนา Downstream valve รูปแบบอื่นๆแทน และยังให้มีค่านิยม fail shut ไม่ปลอดภัยและดูแลรักษาลำบาก (ไม่เชื่อลอง google ดูได้) อาจทำให้ Upstream valve ถูกมองข้ามไปได้ แม้ Poseidon จะเป็นเจ้าเดียวที่ใช้ระบบนี้จนถึงปัจจุบัน แต่ก็ยังมี fanboy ที่ไม่ยอมเปลี่ยนอุปกรณ์ใช้ รวมถึงพี่บูเองที่อยากหาลองมาไว้ซักชุด เพราะจากที่เคยได้สัมผัส ได้เปิดดูตัวจริงของ Poseidon แล้ว บอกได้เลยทรงโบราณแต่น่าใช้ ทรงพลังและทนทาน แต่มีความเป็นไปได้ที่อาจจะตายตามกาลเวลาเพราะความเทพของวิศวกรสวีเดน เหมือนรถยนต์ยี่ห้อ SAAB ที่สมรรถนะเหลือล้น แต่สุดท้ายไม่เปลี่ยนดีไซน์ให้ร่วมสมัยตามยุคและต้องปิดตัวลงไปในที่สุด