ГДЗС. Учебник Под общей редакцией д т. н., профессора Е. А. Мешалкина пожкнига москва 2004
 Скачать 10.69 Mb.
|
|
Избыточный клапан может быть установлен в любом месте возду- ховодной системы за исключением зоны, в которую непосредственно поступает кислород. Однако управление открыванием клапана (прямое или косвенное) должно осуществляться дыхательным мешком. В случае, если поступление кислорода в воздуховодную систему значительно превышает его потребление человеком через избыточный клапан в атмосферу выходит большой объем газа, поэтому целесообразно устанавливать указанный клапан до регенеративного патрона, чтобы уменьшить нагрузку на патрон по углекислому газу. Место установки избыточного и дыхательных клапанов в конкретной модели аппарата выбирается из конструктивных соображений. Имеются КИП, в которых в отличие от схемы (рис. 4.1) дыхательные клапаны установлены в верхней части шлангов у соединительной коробки. В этом случае несколько увеличивается масса элементов аппарата, приходящаяся налицо человека. Варианты и модификации принципиальной схемы кислородопо- дающей системы КИП предопределяются в первую очередь способом резервирования кислорода, реализованным в данном аппарате. Особенности работы КИП с различными способами резервирования кислорода По способу резервирования кислорода КИП делят натри группы: со сжатым, жидкими химически связанным кислородом. Устройство возду- ховодных систему них может быть одинаковым, кислородоподающие же системы существенно отличаются друг от друга. В аппарате со сжатым кислородом в качестве резервуара для его хранения используется стальной баллон 15 с запорным вентилем 14 (рис. Рабочее давление в баллоне составляет обычно 20 МПа. В современных аппаратах применяются два способа для основной подачи кислорода: постоянная подача с объемным расходом около 1,5 л/мин (НУ) и легоч- но-автоматическая подача, осуществляемая короткими импульсами с объемным расходом 60…-150 л/мин (РУ) в моменты опорожнения дыхательного мешка и создания в нем соответствующего разрежения. Устройство для основной подачи кислорода включает редукционный клапан, снижающий давление кислорода до 0,3…0,5 МПа и поддерживающий его на постоянном уровне независимо от давления в баллоне, соединенный с редукционным клапаном дозирующий штуцер (дроссель, предназначенный для осуществления подачи кислорода, и легочный автомат, работающий на редуцированном давлении кислорода и управляемый дыхательным мешком прямым или косвенным способом. Известны модели КИП безлегочного автомата с увеличенной, а потому менее экономной подачей кислорода (2…3 л/мин). Известны также модели, в которых кислород подается только через легочный автомат. В некоторых подобных конструкциях легочный автомат питается кислородом высокого давления, подаваемым непосредственно от баллона Дополнительная подача кислорода осуществляется устройством рис. 4.1), приводим в действие при необходимости вручную. Данное устройство называется еще аварийным клапаном или байпасом (от английского слова “By-pass”, обозначающего обводной канал. Им пользуются для продувки воздуховодной системы от скопившегося азота ив аварийных случаях при нарушении нормального действия устройства основной подачи кислорода. Поэтому аварийный клапан питается кислородом от баллона по отдельному каналу. В КИП с небольшим временем защитного действия байпас может отсутствовать или питаться непосредственно от редукционного клапана, либо же быть объединенным с легочным автоматом и приводиться в действие нажатием на кнопку, механически связанную с клапаном легочного автомата, В аппаратах со сжатым кислородом для контроля его запаса в баллоне служит обычный манометр. В аппаратах, находящихся в рабочем положении на спине человека, манометр размещен в поле зрения человека при помощи металлической капиллярной трубки, свернутой в спираль и защищенной от механических повреждений прорезиненным шлангом. Поскольку эта трубка при работе может быть повреждена, во избежание быстрой потери запаса кислорода рекомендуется применять перекрывное устройство капилляра, приводимое в действие вручную или автоматически. Кислородные изолирующие противогазы со сжатым кислородом благодаря своим принципиальным особенностями преимуществам по сравнению с другими группами получили в настоящее время наибольшее распространение. К этим особенностям относятся достаточно экономное расходование запаса кислорода высокое удельное время защитного действия; благоприятные условия дыхания постоянная готовность к применению; возможность работы в аппарате отдельными периодами, с выключением и последующим включением, без потери общего времени защитного действия. Манометр в этих аппаратах является идеальным индикатором, в любой момент работы достоверно фиксирующим остаток кислорода, что невозможно осуществить нив одной модели КИП, относящейся к другим группам. Наконец, накоплен богатый опыт разработки, промышленного выпуска и применения аппаратов со сжатым кислородом, благодаря чему их конструкция достаточно совершенна и весьма надежна. В аппаратах с жидким кислородом сжиженный газ хранится в металлическом резервуаре 15 (рис. 4.1), стенки которого снаружи покрыты слоем теплоизолирующего материала, не теряющего своих свойств, при низкой температуре. В аппарате отсутствует запорное устройство 14 резервуара, байпас 12 и индикатора устройство для основной подачи кислорода представляет собой обыкновенный канал, соединяющий резервуар с дыхательным мешком 9. Сжиженный кислород заливается в резервуар непосредственно перед началом, работы в аппарате, после чего в течение всего времени защитного действия он испаряется (газифицируется) и поступает в воздуховодную систему. Резервуар устроен таким образом, при котором исключается попадание жидкой фазы в воздуховодную систему аппарата. Для этого он заполняется прокаленной асбестовой ватой, которая удерживает сжиженный газ в адсорбированном состоянии. Из 1 л жидкого кислорода образуется 850 л (НУ) газообразного. Это в четыре раза больше чем можно получить из 1 л газообразного сжатого кислорода при давлении 20 МПа. Масса резервуара для жидкого кислорода, меньше, чем баллона для сжатого газа, поскольку сжиженный газ в аппарате хранится при давлении, близком к атмосферному. Поэтому в КИПах с жидким кислородом создается значительный запас газа при относительно малом объеме резервуара и его небольшой массе. Жидкий кислород в КИП используется не только для обеспечения дыхания, но также как холодильный агент. Он имеет температуру кипения С. Для газификации 1 кг жидкого кислорода нужно затратить кДж тепла, а затем для нагревания до С образовавшихся 750 л (НУ) газа — еще 185 кДж тепла. Указанный запас "холода, содержащийся в сжиженном кислороде, используется для кондиционирования воздуха в КИП и создания комфортных микроклиматических условий дыхания. В более простых конструкциях для кондиционирования используют лишь запас "холода, содержащийся в уже испарившемся кислороде путем смешения его с воздухом, выходящим из регенеративного патрона. Холодильник в воздуховодной системе (рис. 4.1) в этом случае отсутствует. В таких аппаратах скорость газификации кислорода зависит лишь от интенсивности теплового потока, проникающего в резервуар через слой теплоизоляции стенок, мало зависит от температуры окружающей среды в том ее диапазоне, в котором применяются аппараты, и не зависит от интенсивности выполняемой физической работы. Поэтому время защитного действия аппарата при любых условиях постоянно, исчисляется с момента заливки в резервуар жидкого кислорода и контролируется респираторщи- ком по часам. К аппаратам такого типа относятся выпускавшиеся в Великобритании аппараты "Аэрофор", "Эренчен" и отечественный "Комфорт. В более сложных аппаратах, таких как "Аэрорлокс" (Великобритания, для кондиционирования используется часть скрытого тепла превращения жидкой фазы кислорода в газообразную. Для этого холодильник выполнен как единое целое с резервуаром. В результате дополнительного охлаждения на металлических стенках холодильника, по другую сторону которых испаряется сжиженный кислород, происходит конденсация влаги, содержащейся в газовоздушной смеси, и на вдох поступает охлажденный и подсушенный воздух. В таком аппарате скорость испарения кислорода увеличивается с ростом физической нагрузки. Для получения значительного охлаждающего эффекта в КИП с жидким кислородом расчетная скорость его испарения и поступления в возду- ховодную систему должна превышать потребность человека в кислороде враз. При таком режиме избыточный клапан в аппарате работает в конце каждого выдоха, в результате чего в атмосферу удаляется газовоздушной смеси от объема поступающего кислорода. Избыточный клапан устанавливают до регенеративного патрона, чтобы через него удалять часть выдыхаемого воздуха, содержащего около 4% углекислого газа, и тем самым частично разгружать регенеративный патрон. Такая подача кислорода в систему позволила отказаться от легочного автомата и байпаса и тем самым упростить конструкцию аппарата. Главные достоинства КИП с жидким кислородом заключаются в обеспечении оптимальных микроклиматических условий дыхания как при нормальной, таки при высокой температуре окружающей среды, а также в простоте и надежности конструкции. К недостаткам таких аппаратов относятся необходимость их снаряжения запасом кислорода непосредственно перед применением и сразу же обязательное использование всего времени защитного действия. Такой способ подготовки аппарата к работе неприемлем при выезде на пожары первых подразделений. Однако он приемлем при ликвидации затянувшихся пожаров и особенно при производстве работ в условиях высокой температуры. Для обеспечения нормальной эксплуатации подобных аппаратов в пожарных частях, должен храниться и периодически пополняться запас жидкого кислорода в специальной емкости с вакуумной термоизоляцией; необходимы дьюаровские сосуды для транспортировки кислорода на пожар, те. должно быть специализированное и хорошо организованное криогенное хозяйство, аналогичное имеющемуся баллонно-компрессорному хозяйству для обслуживания дыхательный КИП со сжатым кислородом. По этим причинам КИП с жидким кислородом до настоящего времени не получили широкого распространения. В СССР в 1968 г. была выпущена опытная партия аппаратов с жидким кислородом "Комфорт, конструкция которого обеспечивает высокую надежность в работе и создает благоприятные микроклиматические условия дыхания в аппарате. За рубежом на горноспасательных станциях, имеющих установки для сжижения кислорода, применяют в основном аппарат "Аэрорлокс", серийно выпускаемый в Великобритании. В аппаратах с химически связанным кислородом последний содержится в гранулированном продукте на базе супероксидов щелочных металлов и выделяется при реакции поглощения продуктом углекислого газа и водяных паров, присутствующих в выдыхаемом воздухе. Указанным кис- лородосодержащим продуктом снаряжается регенеративный патрон аппарата, при прохождении через который выдыхаемый воздух полностью регенерируется. Процесс регенерации включает две фазы поглощения углекислого газа (и влаги) и добавления выделившегося кислорода. В регенеративном патроне происходит экзотермическая реакция, в результате которой продукт при тяжелой физической нагрузке разогревается до 400°С. Так как выделение кислорода продуктом пропорционально поглощению им углекислого газа, аппарат обеспечивает экономное расходование имеющегося запаса кислорода. Схема воздуховодной системы аппарата такого типа соответствует схеме, показанной на рис. 4.2, или ее модификациям. Кислородоподающая система отсутствует. Вместо нее в большинстве аппаратов имеется пусковое устройство для подачи в воздуховодную систему небольшой порции дополнительного кислорода в начальный период работы, когда продукт еще не разогрелся и кислородовыделение происходит недостаточно активно. В качестве источника кислорода в пусковом устройстве обычно используется небольшой брикет химического вещества, выделяющего кислород при разложении. В КИП с временем защитного действия 4 ч и более может быть установлено несколько пусковых устройств для включения в аппарат вначале работы, а затем после кратковременных перерывов. Длительные перерывы в работе (более 1 ч) в аппаратах подобного типа недопустимы, так как после охлаждения разогретого кислородосодержащего продукта процесс выделения им кислорода резко замедляется. Одна из модификаций воздуховодной системы КИП с химически связанным кислородом, широко применяемая в самоспасателях, показана на рис. Циркуляция воздуха в нем осуществляется по маятниковой схеме: выдыхаемый воздух через лицевую часть, тепловлагообменник, дыхательный шланг, регенеративный патрон с фильтром поступает вдыхательный мешок. При вдохе воздух движется в обратном направлении. Регенерация его происходит частично при поступлении воздуха через патрон в прямом направлении и завершается при прохождении его в обратном направлении. Избыток воздуха удаляется из системы в конце выдохов через избыточный клапан. Пусковое устройство вначале работы выделяет в систему кислород в количестве, достаточном для заполнения дыхательного мешка. Оно приводится в действие автоматически при вскрытии самоспасателя. Выдыхаемый воздух (рис. 4.2) от лицевой части противогаза по шлангу направляется в регенеративный патрон, снаряженный смесью перекисей щелочных металлов (калия, натрия, лития, цезия и др. В регенеративном патроне протекает полный цикл регенерации воздуха, те. поглощается углекислый газ и влага и выделяется необходимый для дыхания кислород. Этот процесс описывается уравнениями химических реакций, основные из которых приведены ниже: 2КО 2 + СОК СО + 3/2 О + 180 кДж/моль; 2КО 2 + НО = КОН + 3/2 О + 39 кДж/моль; 2КОН + СОК СО + НО + 141 кДж/моль; КОН + НО = КОН Ч НО + 84 кДж/моль; КОН + НО = КОН Ч НО + 142 кДж/моль. Регенерированный воздух поступает далее вдыхательный мешок. При вдохе воздух из дыхательного мешка вновь проходит через регенеративный патрон, очищаясь вторично, и по шлангу поступает в легкие человека. Данная схема дыхания является маятниковой. Особенность КИП с химически связанным кислородом — значительное нагревание и осушение регенерированного воздуха, в результате чего, если не принять специальных мер для его кондиционирования, тона вдох поступит горячий и сухой воздух. Выходящий из регенеративного патрона воздух имеет большой температурный перепад с окружающей средой и вследствие малого содержания водяных паров обладает низкой удельной энтальпией. Он быстро охлаждается за счет отдачи тепла в окружающую среду и поэтому в аппаратах с химически связанным кислородом обдув окружающим воздухом регенеративного патрона и элементов воздуховоднои системы, по которым поступает горячий воздух, и применение воздушных холодильников дают хороший конди- ционирующий эффект. Возможности охлаждения горячего воздуха в изолирующих самоспасателях ограничены в связи сих небольшими размерами и необходимостью надежной защиты регенеративного патрона от механических повреждений. Кроме того, при циркуляции воздуха по маятниковой схеме он нагревается вновь при втором проходе через регенеративный патрон. Поэтому температура вдыхаемого воздуха в самоспасателях с химически связанным кислородом выше, чем в аналогичных КИП. Благодаря значительному осушению воздуха в процессе регенерации его последующее охлаждение позволяет создать вдыхательный аппарате с химически связанным кислородом благоприятные микроклиматические условия дыхания. Несмотря на наличие в регенеративном патроне зоны, имеющей температуру С, удельная энтальпия вдыхаемого воздуха в этих дыхательный аппаратах примерно такая же, как в аппаратах с жидким кислородом. Это было подтверждено и при исследованиях экспериментальных образцов аппаратов. Оптимизация влажности вдыхаемого воздуха достигается путем частичного тепловлагообмена между регенерированным в аппарате сухим воздухом и выдыхаемым, насыщенным водяными парами. Сущность тепло- влагообмена вдыхательном шланге при маятниковой схеме движения воздуха по нему ив лицевой части заключается в смешении части выдыхаемого воздуха с воздухом, поступающим из аппарата на вдох. В результате смешения снижается температура вдыхаемого воздуха и повышается его влаго- содержание. С другой стороны, одновременно снижается влагосодержание воздуха, поступающего в регенеративный патрон, что благоприятно сказывается на его действии. Более интенсивно процесс обмена происходит в специальном тепло- влагообменнике 8 (рис. 4.2), в который помещена насадка из металлической Рис. 4.2. Схема КИП с химически связанным кислородом 1 — лицевая часть 2 — шланг дыхательный — устройство пусковое 4 — мешок дыхательный 5 — клапан избыточный — патрон регенеративный — фильтр 8 — тепловлагообменник 5 6 7 8 1 2 3 4 сетки, фольги или стружки. Более эффективна насадка из гранулированного силикагеля, который сорбирует некоторое количество влаги из выдыхаемого воздуха, а затем десорбирует ее при последующем вдохе. Тепловла- гообменник такого типа может быть применен и при круговой схеме циркуляции воздуха. Однако кондиционирующая способность такого тепловла- гообменника ограничена из-за малого его объема. Увеличение же объема теплообменника недопустимо из-за роста вредного пространства воздухо- водной системы. Поэтому изыскиваются и другие способы оптимизации влажности вдыхаемого воздуха. К достоинствам КИП с химически связанным кислородом относятся простота конструкции, экономное расходование кислорода и особенно создание благоприятных микроклиматических условий для дыхания. При их применении исключается необходимость иметь в подразделении бал- лонно-компрессорное или криогенное хозяйство. Существенным недостатком таких КИП является отсутствие надежно конструкции индикатора степени отработки кислородосодержащего продукта, усугубляемое принципиальными трудностями его создания. Вместо индикатора респираторщик вынужден пользоваться часами для определения степени использования и момента окончания гарантированного времени защитного действия аппарата, которое устанавливается для средней физической нагрузки. Поскольку человек не может субъективно количественно оценить тяжесть выполняемой аварийно-спасательной работы, а она иногда может быть несколько выше средней, фактическое время защитного действия устанавливают на 20% выше гарантированного. Из соображений безопасности использовать указанный запас защитной способности не разрешается, в том числе и при легкой работе. Поэтому отсутствие индикатора обесценивает упомянутое достоинство данного способа резервирования кислорода — возможность экономного расходования его запаса. |