|
|
Прототипом усіх сучасних регенеративних дихальних апаратів (РДА), у тому числі кисневих ізолюючих апаратів (типу КИП-8), є ізолюючий протигаз “Аерофор” із стиснутим киснем, створений у 1853 році в Бельгії в Л’єжському університеті професором Сваном. Відтоді багаторазово змінювалися тенденції розвитку таких апаратів і поліпшувалися їх технічні дані. Проте, принципова схема апарата “Аерофор” збереглася дотепер (див. рис. 2.3). Сучасний РДА складається з повітропровідної та киснепостачальної систем.
Повітропровідна система включає лицьову частину, слюнозбірник, дихальні шланги і клапани, регенеративний патрон, холодильник, дихальний мішок і збитковий клапан.
У киснепостачальну систему входять контрольний прилад (індикатор), що показує запас кисню в апараті, пристрій для додаткової подачі кисню, пристрій основної подачі кисню, запірний пристрій і ємність для зберігання кисню (як правило, кисневий балон).
Лицьова частина служить для приєднання повітропровідної системи РДА до органів дихання людини. Спільно з легенями вона складає єдину замкнуту систему “апарат – органи дихання”, яка ізольована від навколишнього середовища. В цій замкнутій системі під час дихання деякий об’єм повітря здійснює перемінний за напрямком рух між двома еластичними елементами: самими легенями та дихальним мішком 9. Завдяки клапанам 5 та 6, цей рух йде по замкнутому колу: видихуване з легень повітря проходить в дихальний мішок по гілці видиху (1, 3, 5, 7), а вдихуване повітря повертається в легені по гілці “вдиху” (8, 6, 4, 1).Така схема циркуляції повітря отримала назву “кругової”.
При створенні РДА, які мають невеликий час захисної дії (близько 30 хвилин), застосовується маятникова схема дихання, яка відрізняється від кругової тим, що в ній гілки вдиху та видиху об’єднані в одне ціле. Внаслідок цього:
- 1. збільшується об’єм шкідливого простору і, відповідно, склад вуглекислого газу у вдихуваному повітрі;
- покращується сорбція вуглекислого газу в регенеративному патроні за рахунок використання додаткового поглинання вуглекислого газу під час вторинного проходження повітря через патрон.
Використання маятникової схеми спрощує конструкцію апарата. Крім неї, ще може бути напівмаятникова схема, яка відрізняється від кругової відсутністю клапана видиху 5. Її дія пояснюється тим, що опір гілки видиху, до складу якої входить регенеративний патрон з сорбентом, більше, ніж гілки вдиху. Тобто в зворотному напрямку пройде менший об’єм повітря, ніж по гілці вдиху.
У повітропровідній системі відбувається регенерація видихуваного повітря, тобто газовий склад його відновлюється до такого, який мало вдихуване повітря до потрапляння в легені. Процес регенерації складається з двох фаз:
- очистки видихуваного повітря від вуглекислого газу;
- додатку до нього кисню.
Перша фаза регенерації повітря відбувається в регенеративному патроні (до речі, назва “регенеративний патрон” недостатньо точно вказує на його функції, оскільки в патроні процес регенерації не завершується). Видихуване повітря очищується в регенеративному патроні, внаслідок реакції хемосорбції вуглекислого газу тим чи іншим видом сорбенту. Оскільки реакція поглинання вуглекислого газу, екзотермічна, з патрону в дихальний мішок потрапляє нагріте повітря. В залежності від виду сорбенту, повітря, яке проходить по регенеративному патрону, або осушується, або стає вологим. В останньому випадку під час руху в елементах повітропровідної системи випадає конденсат.
Друга фаза регенерації повітря відбувається в дихальному мішку, куди з киснепостачальної системи надходить кисень в об’ємі дещо більшому від того, який споживає людина. Те, яким чином кисень потрапляє до дихального мішка, визначається способом киснепостачання конкретного РДА.
У повітропровідній системі відбувається також кондиціювання регенеративного повітря. Воно включає до себе приведення його температуро-вологових параметрів до рівня, який є придатним для вдиху повітря людиною. Як правило, кондиціювання повітря зводиться до його охолодження.
Дихальний мішок в РДА виконує ряд функцій і являє собою еластичну ємність для прийому видихуваного з легень і очищеного в регенеративному патроні повітря, яке потім надходить на вдих. Дихальний мішок виготовляють з гуми або газонепроникної прогумованої тканини. Для того, щоб забезпечити глибоке дихання під час тяжкого фізичного навантаження та окремі глибокі вдихи, як було відмічено у першому розділі, мішок повинен мати корисний об’єм не менше 5 л. В мішку до повітря, що виходить з регенеративного патрона додається кисень. Мішок є збірником конденсату (за його наявності). В ньому також затримується пил сорбенту, який в невеличкій кількості може проникнути з регенеративного патрона. Крім того, там відбувається первинне охолодження гарячого повітря, яке надходить з регенеративного патрона, за рахунок тепловіддачі через стінки мішка до навколишнього середовища. І, нарешті, дихальний мішок керує роботою збиткового клапана 10 та легеневого автомата (якщо він є в апараті).
Це управління може бути як прямим, так і непрямим. За прямого управління стінка дихального мішка безпосередньо або через механічну передачу впливає на збитковий клапан або клапан легеневого автомата.
За непрямого управління ці клапани відкриваються внаслідок впливу на їх особисті сприймаючі елементи (наприклад, мембрани) тиску або розрідження, яке створюється в дихальному мішку під час його заповнення або спорожнення.
Збитковий клапан 10 служить для видалення з повітропровідної системи надлишкової газоповітряної суміші та діє в кінці видихів. У випадку, коли робота збиткового клапана управляється непрямим способом, виникає небезпека втрати частини газоповітряної суміші РДА через клапан в результаті натискання на стінку дихального мішка. Щоб запобігти у цьому, мішок захищають жорстким корпусом.
Холодильник 8 служить для пониження температури видихуваного повітря. Відомі повітряні холодильники, дія яких заснована на віддачі тепла через їх стінки в навколишнє середовище, але більш ефективні холодильники з хладоагентом. Їх дія спирається на використання захованої теплоти фазового перетворення (водяний лід, фосфорнокислий натрій, вуглекислий(сухий) лід та ін.). Холодильник не є обов’язковим елементом конструкції РДА. Багато дихальних апаратів не мають його, а охолодження нагрітого в регенеративному патроні повітря відбувається в дихальному мішку і шлангу вдиху, а також, як це має місце у КІП-8, в звуковому сигналі.
Варіанти і модифікації принципової схеми киснепостачальної системи РДА визначаються, в першу чергу, засобом резервування кисню, реалізованим у даному апараті. За засобами резервування кисню РДА поділяються на три групи:
- із стиснутим киснем;
- із рідким киснем;
- з хімічно пов’язаним киснем.
Будова повітропровідних систем у них можуть бути однаковою, проте киснепостачальні системи істотно відрізняються одна від одної.
В РДА (КІП) із стиснутим киснем у якості резервуара для його зберігання використовується балон із запірним вентилем.
Робочий тиск у балоні складає, як правило, 20 МПа, але треба мати на увазі, що в балонах, ємність яких менше 1 л, і початковий тиск буде здебільшого менше. Так, в апараті КІП-5, який мав балон ємністю 0,7 л, початковий тиск не повинен був перевищувати 15 МПа.
В сучасних РДА застосовуються два способи для основної подачі кисню:
- постійна подача з витратами об’єму кисню біля 1,5 л/хв.;
легенево-автоматична подача, яка здійснюється короткими імпульсами з витратою об’єму кисню 60-150 л/хв.. в моменти спорожнення дихального мішка і створення в ньому відповідного розрідження.
Пристрій для основної подачі кисню включає редукційний клапан, що знижує тиск кисню до 0,3-0,6 МПа і підтримує його на постійному рівні незалежно від тиску в балоні, сполучений із редукційним клапаном дозуючий штуцер (дюзу), призначений для постійної подачі кисню, і легеневий (дихальний) автомат, що працює на редукованому тиску кисню. Роботою легеневого автомата керує дихальний мішок прямим або непрямим способом.
Відомі моделі РДА без легеневого автомата зі збільшеною, а тому менш економічною подачею кисню(2-3 л/хв.).
Крім того, є моделі РДА, в яких кисень подається тільки через легеневий автомат. У деяких подібних конструкціях легеневий автомат заповнюється киснем високого тиску, який подається безпосередньо від балона.
Додаткова подача кисню здійснюється пристроєм, який приводиться в дію при необхідності вручну. Даний пристрій називається ще “аварійним клапаном” або байпасом (By-pass-обвідний канал). Оскільки ним користуються для продування повітропровідної системи від азоту, що зібрався, і в аварійних випадках при порушенні нормальної дії пристрою основної подачі кисню, то аварійний клапан може заповнюватись киснем від балона по окремому каналу.
Для контролю запасу кисню в балоні служать звичайний манометр, який розміщають у полі зору людини за допомогою металевої капілярної трубки. Оскільки ця трубка при роботі може бути ушкоджена, щоб уникнути швидкої втрати запасу кисню передбачено (у більшості сучасних конструкцій) перекривний пристрій капіляра, який приводиться в дію вручну або автоматично.
Переваги КІП із стиснутим киснем:
- достатньо ощадлива витрата кисню;
- високий питомий час захисної дії;
- постійна готовність до застосування;
- можливість роботи в апараті окремими періодами, із вимиканням і наступним умиканням, без утрати загального часу захисної дії;
- мала вага та невеликі габарити.
При роботі в таких апаратах значно змінюється нормальне дихання у результаті:
- підвищеного відсоткового вмісту у вдихуваному повітрі вуглекислого газу і кисню, при чому кількість останнього протягом роботи підвладна значним коливанням;
- підвищення відсоткового вмісту азоту в системі протигаза;
- підвищення температури і вологості вдихуваного повітря;
- збільшеного опору дихання за замкнутим циклом протигаза.
До недоліків варто віднести також:
- складність будови та обслуговування;
- обов’язковий процес навчання особового складу щодо поводження з апаратом;
- залежність часу роботи від якості хімічного поглиначу;
- відносно висока вартість.
Перші вітчизняні протигази регенеративного типу були виготовлені на Орлово-Єленівській станції гірничорятувального устаткування в 1925 році. У 1930 році був створений КІП-1, у 1939 році на основі модернізації КІП-3 був створений КІП-5, що одержав широке застосування при гасінні пожеж. У 1947 році створюється КІП-7, а також РКК-2 (респіратори Ковшова і Кузьменко). У 1949 році був сконструйований новий тип протигаза Урал-1. З 1967 року промисловістю випускалися КІП-8. На озброєнні пожежної охорони зараз знаходиться декілька типів ізолюючих протигазів(КІП-8, Р-12, Р-30, РВЛ, Луганськ 2М, Р-34, Р-35).
У пожежній охороні найбільш широке застосування одержали протигази регенеративні з подачею стиснутого кисню в систему через систему клапанів і редукторів із поглинанням вуглекислого газу, що працюють за круговою (замкнутою) схемою дихання. У протигазах цього типу видихуване повітря, що містить велику кількість кисню, не викидається в атмосферу, а відновлюється і повторно використовується для дихання. У регенеративному протигазі дихання проводиться за замкнутим циклом, ізольованим від зовнішнього середовища. Час роботи в агрегаті залежить від кількості і властивостей хімпоглиначу регенеративного патрона, запасу кисню у балончику.
В РДА із рідким киснем зріджений газ зберігається в металевому резервуарі, стінки якого зовні покриті прошарком ізолюючого матеріалу, що не втрачає своїх властивостей при наднизькій температурі. В РДА відсутній запірний пристрій, байпас і індикатор, а пристрій для основної подачі кисню являє собою звичайний канал, що з’єднує резервуар із дихальним мішком. Зріджений кисень заливається в резервуар безпосередньо перед початком роботи, після чого протягом усього часу захисної дії він випаровується (газифікується) і надходить у повітропровідну систему.
Резервуар улаштований таким чином, що виключається влучення рідкої фази у повітропровідну систему. Для цього він заповнюється прожареною азбестовою ватою, що утримує зріджений газ в адсорбованому стані.
З одного літру рідкого кисню утворюється 850 літрів газоподібного. Це в 4 рази більше, ніж можна одержати з 1 літру стиснутого кисню при тиску 20 МПа. Маса резервуара для рідкого кисню менш, ніж балону для стиснутого газу, оскільки скраплений газ в РДА - апараті зберігається при тиску, який є близьким до атмосферного. Тому створюється значний запас газу при досить малому об’ємі резервуара і його невеличкій масі.
Рідкий кисень використовується не тільки для забезпечення дихання, але також і як холодильний агент. Він має температуру кипіння – 183 0С. Для газифікації 1 кг рідкого кисню потрібно затратити 213 кДж тепла, а потім для нагрівання до +200С, щоб утворилося 750 літрів газу, - ще 185 кДж. зазначений запас “холоду”, що утримується в зрідженому кисні, використовується для кондиціонування повітря в апараті та створення комфортних мікрокліматичних умов дихання. У більшості конструкцій для кондиціонування використовують лише запас холоду, що міститься в кисні, що вже випарувався. Воно здійснюється шляхом його змішування з повітрям, що виходить із регенеративного патрона. Холодильник у повітропровідній системі відсутній.
В таких апаратах швидкість газифікації кисню залежить лише від інтенсивності теплового потоку, що проникає в резервуар через прошарок теплоізоляції стінок. Вона мало залежить від температури навколишнього середовища в тому діапазоні, в якому застосовується апарат, і не залежить від інтенсивності виконуваної фізичної роботи. Тому час захисної дії апарата за будь-яких умов постійний . Він обчислюється з моменту заливки в резервуар рідкого кисню і контролюється газодимозахисником за годинником.
До РДА такого типу відносяться апарати “Аерофор”, “Еренчен”, “Аерорлокс”, які випускаються у Великобританії, і радянський “Комфорт”.
Для одержання значного остудного ефекту розрахункова швидкість випару і надходження рідкого кисню у повітропровідну систему повинна перевищувати потребу людини в кисні в 4-10 разів. При такому режимі надлишковий (збитковий) клапан в апараті працює наприкінці кожного видиху. В результаті цього, в атмосферу виділяється 40-90 відсотків газоповітряної суміші від об’єму кисню, що надійшов. Надлишковий клапан установлюють до регенеративного патрону, щоб через нього видалити частину видихуваного повітря (біля 4 відсотків) і тим самим частково розвантажити регенеративний патрон. Така подача кисню в систему дозволила відмовитися від легеневого автомата і байпаса.
Експлуатаційні особливості практично відповідають особливостям експлуатації резервуарних апаратів на рідкому повітрі .
Позитивні риси:
оптимальні мікрокліматичні умови диханн я як при нормальній, так і при високій температурі навколишнього середовища;
- простота і надійність конструкції.
Недоліки:
- необхідність спорядження киснем безпосередньо перед застосуванням;
- обов’язкове використання відразу всього часу захисної дії.
В РДА з хімічно пов’язаним киснем (див. рис. 2.4) останній міститься в гранульованому продукті на базі супероксидів лужних металів і виділяється під час реакції поглинання продуктів вуглекислого газу і водяних парів, які мають місце у видихуваному повітрі. Зазначеним продуктом, що містить кисень, споряджається регенеративний патрон РДА, при проходженні через який видихуване повітря цілком регенерується. Процес регенерації включає дві фази : поглинання вуглекислого газу (і вологи) з одночасним додаванням кисню, що виділився. В регенеративному патроні відбувається екзотермічна реакція, у результаті якої продукт при важкому фізичному навантаженні розігрівається до 400 0С. Внаслідок того, що виділення кисню продуктом пропорційне поглинанню ним вуглекислого газу, апарат забезпечує ощадливу витрату наявного запасу кисню.
Киснепостачальна система відсутня. Замість неї в більшості апаратів є пусковий пристрій для подачі у повітропровідну систему невеличкої порції додаткового кисню, коли продукт не розігрівся, і кисневиділення відбувається недостатньо активно.
Позитивні риси:
- простота конструкції;
- мала вага;
- ощадлива витрата кисню.
Недоліки:
- відсутність надійної конструкції індикатора ступеня відпрацьованості продукту, що містить кисень (фактичний час захисної дії встановлюють на 20 відсотків вище гарантованого);
- неможливість здійснення тривалих перерв під час роботи;
- великий опір дихання;
- висока вартість експлуатації.
|
|
|