|
|
На рис. 4.5 приведено схему, якою доцільно користуватися для того, щоб встановити закономірності змінювання складу кисню в замкнутій системі РДА-ОД.
Еластичні частини повітропровідної системи РДА (дихальний мішок) і органи дихання (легені) умовно показані у вигляді двох з’єднаних сильфонів (міхів).
Під час виведення рівнянь приймаються наступні припущення:
- об’єм системи РДА - органи дихання (ОД) під час дихання незмінний, тобто
Vc= Сonst , (4.30)
в середині системи відбувається ідеальне перемішування газів;
надходження до системи газів або газоповітряних сумішей та вилучення їх з неї відбувається безперервно та рівномірно.
Вважається, що в дихальну систему, яка має постійний об’єм Vc (л), подається ωc (л/хв) вуглекислого газу, що виділяється організмом газодимозахисника, ωm (л/хв) кисню з балона та підсосується ωn (л/хв) повітря з навколишнього середовища.
З системи вилучається ωs (л/хв) кисню, який споживається організмом, ωy(л/хв) вуглекислого газу, який повністю поглинається в регенеративному патроні, та ωr (л/хв) дихальної суміші вилучається в атмосферу через продувочний пристрій. Оскільки ωy = ωc, то рівняння матеріального балансу системи приймає вид:
ωm+ ωn= ωs + ωr. 4.31)
Нехай в деякий момент часу доля кисню в системі дорівнює C i, відповідно, кількість кисню C-Vc . За відрізок часу dt в систему потрапить (aωm+bωn) dt і вилучається (ωs + Cωr) dt кисню (а та b – об’ємні долі, відповідно, в балоні та в повітрі, яке підсосується). Це ж змінювання кількості кисню може бути виражено як добуток об’єму системи Vc на змінювання об’ємної долі VcdC. Тоді: -
(aωm+ bωn - ωs - Cωr) dt = VcdC . (4.32)
Проінтегруємо рівняння (4.32) в границях від початкового складу об’ємної долі кисню С0 до тої об’ємної долі С кисню, яку потрібно знайти, та розв’яжемо відносно останнього. Для цього спочатку позначимо:
aωm+ bωn - ωs= A . (4.33)
Тоді:
Adt -rCdt =VcdC (4.34)
або
.gif) (4.35)
Оскільки
.gif) (4.36)
то
.gif) (4.37)
Враховуючи те, що
.gif) (4.38)
маємо
.gif) (4.39)
.gif) (4.40)
.gif) (4.41)
.gif) (4.42)
.gif) (4.43)
В результаті, звернувшись до (4.33), отримаємо:
.gif) (4.44)
З рівняння (4.44) випливає, що другий член правої частини наближається до нуля, а об’ємна доля кисню асимптотично наближається до граничного рівня:
.gif) (4.45)
З врахуванням цього (4.44) приймає вид:
.gif) (4.46)
Якщо продиференціювати (4.46) за часом t, отримаємо швидкість змінювання об’ємної долі кисню в системі РДА-ОД:
.gif) (4.47)
Аналіз отриманих рівнянь показує, що в загальному випадку за наявності продувки ωr та підсосів навколишнього повітря ωn об’ємна доля кисню С наближається до граничного значення Сгран, рівень якого можна знайти за (4.45). Якщо в початковий момент t0 об’ємна доля кисню С0 менша за граничний рівень Сгран (тобто С0= Сгран ), то відбувається підвищення складу кисню в системі, якщо ж С0= Сгран – зменшення. Швидкість змінювання складу кисню тим більше, чим його склад в початковий момент часу відрізняється від граничного рівня. Крім того, ця швидкість зростає з підвищенням продувки ωr та зменшенням місткості системи VC.
Звідси витікає основна вимога, яка висувається до способу киснепостачання, - гранична об’ємна доля кисню у повітрі РДА повинна бути більше мінімально допустимої долі його у вдихуваному повітрі:
.gif) (4.48)
Оскільки вимога (4.48) повинна виконуватись автоматично без свідомого керування газодимозахисником режимом роботи РДА, загалом приймають граничний рівень Сгран>0,5.
Існує три основних способи киснепостачання.
Першим, найбільш простим, є постійна подача кисню, яка не залежить від споживання його газодимозахисником (ωm = Сonst). Її розмір приймається на рівні споживання кисню під час виконання тяжкої роботи, але не менше 2 л/хв. Продувка здійснюється через збитковий клапан за рахунок перевищення подачі над споживанням кисню. При короткочасній дуже тяжкій роботі постійна подача кисню не забезпечує потребу газодимозахисника в ньому. В цьому випадку додаткова подача кисню здійснюється через байпас вручну.
Такий спосіб киснепостачання РДА зі стиснутим киснем застосовувався в Германії на початку двадцятого сторіччя, а у Великобританії (апарат “Прешо”) – до середини двадцятого сторіччя. На сьогодні він використовується тільки в РДА з рідким киснем, в яких значний об’ємна витрата газифікації зрідженого газу (6-12 л/хв.) потрібна для ефективного охолодження повітря РДА.
Характерними особливостями РДА з постійною подачею кисню є:
- неекономне витрачання кисню;
- дуже великий склад кисню у вдихуваному повітрі (більше 90% за будь-якого фізичного навантаження);
- відсутня небезпека заазотування системи.
До другого, найбільш поширеного способу, відноситься комбінована подача кисню (постійна та легенево-автоматична) з продувкою через збитковий клапан.
Третій, з боку технічного розв’язання найбільш складний, спосіб (група способів) – постачання кисню з економною витратою його запасу.
|
|
|