二級頭上的旋鈕有啥作用?

調節器主用二級頭上往往有一個標示+-符號的旋鈕開關(也有標 Predive的),例如 Apeks 的 XL-4調節器。但同一家公司出的調節器也有不預先安裝旋鈕的,例如 Apeks 的 MTX-R。或許你知道這和出氣的流量順不順暢有關,也可能知道調到負號的時候,比較不會在邁步入水時,因為水面撞到二級頭產生了衝力而瞬間大量出氣,你可能也知道這時候只要把二級頭轉個方向讓咬嘴朝下,或是把氣瓶關掉重新開,就不會大量出氣了。但你知道背後的物理原理嗎??
首先我們要糾正用語,能否使用正確的用語,其實反應了你有沒有真正理解背後的原理。例如我們常常聽到潛水初學者說他背了「氧氣瓶」潛水,老鳥聽了肯定暗地裡冷冷笑一笑,其實這是不精確的用法,因為我們吸的是壓縮空氣,而不是純氧,要背高濃度氧氣下水,要有適氧處理也需要你知道在多少深度吸不會氧中毒。而我們也常常聽到 Free Flow 這個名詞,因為 Open Water 課程會要求你當水下發生 Free Flow 的時候,該怎麼應變(PADI OW課本第四單元)。其實二級頭撞到水面瞬間的大爆發,嚴格上來說得稱為是 Venturi Effect(文式效應/文丘里效應),因為這並不是完全 Free 的 Flow,你只要知道原理就可以知道怎麼止住,不是機械故障造成的。
如果你把二級頭拆開來,會發現有一個薄膜(Diaphragm)、槓桿(Lever arm),並且當你旋轉旋鈕的時候,出氣噴嘴的方向會跟著改變。這在 PADI Openwater 課本第一章其實就有放示意圖。你吸氣的時候,會產生負壓,薄膜就會往內凹(或是當你按壓二級頭的排氣鈕 Purge Button 也會有同樣的效果),然後就會頂到槓桿,這時候槓桿彎曲,就會把原本頂著的進氣閥打開,然後你就可以吸到氣。當你吐氣的時候,薄膜就會回彈,槓桿也就不會被頂到,也就把進氣閥給擋住,然後你吐的氣就會從調節氣下方的排氣閥排出。按照這樣的設計,當你邁步入水時,如果剛好衝擊力大到按壓了二級頭排氣閥,這時候氣體會高速流動,並在周圍產生負壓(會有吸附力)(詳細原理和計算請看流體力學課本),這時候薄膜就有可能被持續吸住,並且讓槓桿持續把進氣閥打開。解決的方法有幾種,把氣瓶關掉再重開。因為關掉氣瓶,進氣閥就不會再出氣,薄膜就不會再被吸附,氣瓶重新打開後,就不會大量出氣了。另一種方法為把咬嘴朝下,理由是當咬嘴朝下時,出氣閥的氣體就會回頂薄膜,把薄膜頂回原位,這時候也就不會再大量出氣。
那為什麼工程師設計二級頭時候,不想辦法100%阻止這樣的情況發生呢?其實這是兩難。
因為我們都希望二級頭的出氣量要夠大且呼吸阻抗小,但相對地就會更容易發生 Venturi Effect。所以後來工程師想了一個辦法,那就是做一個旋鈕,讓你可以調節出氣閥噴嘴的噴出方向,可以直接噴向薄膜頂著薄膜,也可以直接噴向咬嘴讓出氣更順暢,或是改變出氣閥的氣量。這樣的設計的代價就是機械結構更複雜一點,所以像是原本是軍用的 MTX-R 就沒有做這樣的旋鈕,以求精簡和減少維修的可能。
而完全 Free 的 Flow 往往是你在水下無法排除的,小到連續的微小泡泡串,大到像沸騰一樣狂噴氣,背後的原因就有很多,包括一級頭中壓太高、二級頭的薄膜變形或被卡到彈不回去、槓桿頂不住出氣閥、O圈出問題等,只能趕緊結束潛水,上岸後送修。
結論:文氏效應造成的大量噴氣可以在水下排除,不需要因此更換調節器或是結束潛水。機械故障造成的 Free Flow,通常無法在水下排除,如果是大量從二級頭噴氣,就得應用Open Water學到的技巧,一邊吸氣一邊結束潛水。