Устройство для защиты головы и органов дыхания изолирующего типа

Область техники
Полезная модель относится к совершенствованию средств бронезащиты головы, совмещенных со средствами индивидуальной защиты органов дыхания изолирующего типа, защищающим органы дыхания человека от воздействия на них токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств, и предназначена для использования военнослужащими, действующими в условиях заражения.
Уровень техники
Разработка экипировки военнослужащего связанная с созданием интегрированного средства защиты головы (Бронешлем общевойсковой единый 6Б47. Руководство по эксплуатации. 6Б47.00.000РЭ.2014. - 4 с.), в комплекте с которым используется система защиты органов дыхания от воздействия на них токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств, является важной и актуальной задачей.
При ее решении важным моментом является интеграция такого средства с системой защиты органов дыхания изолирующего типа. Она необходима в следующих случаях:
- когда объемная доля свободного кислорода в воздухе менее 18%;
- наличие в воздухе вредных примесей, защиту органов дыхания от которых фильтрующие средства могут обеспечить, но из-за больших концентраций этих примесей время защитного действия СЗОД меньше, чем продолжительность предстоящей работы;
- концентрация вредных веществ в зараженном воздухе превышает максимальное значение, предусмотренное инструкцией по эксплуатации фильтрующего противогаза (более 0,5% по объему);
- наличие в воздухе вредных примесей, защита от которых не предусмотрена инструкцией по эксплуатации фильтрующего противогаза;
- наличие в воздухе веществ, свойства и характер воздействия которых на человеческий организм при ингаляции неизвестен.
Из уровня техники известны средства защиты органов дыхания военнослужащего - изолирующие противогазы ИП-4 и ИП-5 (Руководство по эксплуатации средств защиты. Часть 2. Москва, 2006 г.), в которых очистка выдыхаемого человеком воздуха (углекислого газа) происходит в регенеративных патронах. Тем самым достигается полная изоляция органов дыхания человека от воздухообмена с наружным зараженным воздухом. Основным недостатком являются высокие массо-габаритные размеры данных средств защиты, а регенеративные патроны, входящие в их состав являются предметами повышенной опасности. Использование данных средств защиты требует от военнослужащих высоких навыков обращения с ними, что ограничивает круг их использования только специально обученными подразделениями.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для защиты органов дыхания и головы (патент на полезную модель RU 207264), в котором к лицевой части устройства вмонтировано приспособление, выполненное с возможностью подключения к устройству защиты органов дыхания изолирующего типа, включающему регенеративный патрон с дыхательным мешком, а корпус шлема выполнен с возможностью присоединения независимого торообразного пневматического обтюратора, помещенного в чехол из трикотажной ткани, оборудованный текстильной застежкой для крепления к нижнему краю корпуса шлема изнутри по всей окружности.
Данное устройство также имеет основной существенный недостаток, заключающийся в высоких массо-габаритных размерах. Составные части устройства (регенеративный патрон, дыхательный мешок и соединительные трубки) необходимо дополнительно закреплять на экипировке военнослужащего, что создает дополнительные эргономические неудобства военнослужащему в процессе перемещения и ведения боевых действий.
Воздухообмен в данном устройстве происходит за счет регенерации выдыхаемого военнослужащим углекислого газа регенеративным патроном. При этом время защитного действия (время вырабатывания кислорода) зависит от количества регенеративных веществ, входящих в состав регенеративного патрона. Увеличение времени защитного действия безусловно ведет к увеличению размера и массы регенеративного патрона.
В условиях внезапного применения противником токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств военнослужащему потребуется значительное количество времени (около 1-2 минут) для приведения данного защитного средства в боевое состояние. Приведение устройства в боевое состояние включает его сборку в единую конструкцию, запуск регенеративного патрона и получение первой порции воздушной смеси в подмасочном пространстве бронешлема. Кроме того, данное защитное устройство не обеспечивает полную изоляцию органов дыхания военнослужащего от воздействия на них вредных токсических веществ за счет их подсоса в подшлемное пространство бронешлема через неплотности, особенно в его нижней части. Все это делает его использование малоэффективным в условиях РХБ заражения.
Задача быстрого приведения в боевое состояние средств индивидуальной защиты органов дыхания изолирующего типа, совмещенных со средством бронезащиты головы, является наиболее актуальной, т.к. от ее решения зависит жизнь военнослужащего.
Задача длительного нахождения военнослужащих в условиях заражения токсичными химикатами, аварийно химически опасными веществами, радиоактивной пылью и биологическими средствами ставится только для специальных формирований, например, проводящих работы по ликвидации их последствий.
Для остальных военнослужащих главной целью является быстрый выход из зон заражения токсичными химикатами, аварийно химически опасными веществами, радиоактивной пылью и биологическими средствами. А значит иметь в составе защитного средства регенеративный патрон, рассчитанный на большое время защитного действия нецелесообразно. Уменьшение времени защитного действия однозначно приводит к снижению массо-габаритных характеристик средства регенерации.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является совершенствование боевой экипировки военнослужащего, интегрированного со средствами защиты органов дыхания изолирующего типа.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение времени на приведение средства защиты органов дыхания изолирующего типа, совмещенного со средством бронезащиты головы в боевое состояние в условиях внезапного применения противником токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств.
Для достижения этого технического результата устройство для защиты головы и органов дыхания изолирующего типа, состоящее из бронешлема, выполненного с возможностью подключения к нему средства регенерации выдыхаемого человеком воздуха, клапана выдоха, вмонтированного в его переднюю часть и присоединенного по всей поверхности его нижней части независимого торообразного пневматического обтюратора, при этом, с наружной верхней части бронешлема пайкой закреплен датчик обнаружения токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств, соединенный электрическим проводом с закрепленным на бронешлеме пусковым механизмом, соединенным резьбовым соединением с кислородным брикетом, соединенным резьбовым соединением с входным фланцем дыхательного мешка-пневмообтюратора, представляющим собой камеру округлой формы из прорезиненного материала с расположенными на нем клапаном подачи воздуха в подмасочное пространство и клапаном избыточного давления, при этом пусковой механизм представляет собой электронный механизм с иглой для разрушения полиэтиленовой капсулы, наполненной иницирующим химическую реакцию веществом, входящей в состав кислородного брикета, наполненного кислородообразующим веществом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема устройства для защиты головы и органов дыхания изолирующего типа, с внутренним расположением отдельных составных частей, а на фиг. 2 - с внешним, где:
1 - бронешлем;
2 - дыхательный мешок-пневмообтюратор;
3 - клапан избыточного давления;
4 - клапан подачи воздуха в подмасочное пространство;
5 - кислородный брикет;
6 - пусковой механизм;
7 - входной фланец дыхательного мешка-обтюратора;
8 - датчик обнаружения токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств;
9 - клапан выдоха;
10 - электрический провод.
Осуществление полезной модели
Устройство для защиты головы и органов дыхания, показанное на фиг.1, состоит из бронешлема 1 с установленным пайкой на его верхней внешней поверхности датчика обнаружения токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств 8, который соединен электрическим проводом 10 с закрепленным хомутом на внутренней поверхности бронешлема пусковым механизмом 6.
Пусковой механизм 6 предназначен для запуска кислородного брикета 5, он представляет собой электронный механизм с иглой для разрушения полиэтиленовой капсулы (на фиг. 1 не показаны), наполненной инициирующим химическую реакцию веществом входящей в состав кислородного брикета 5.
В отдельных случаях, датчик 8 может быть соединен с пусковым механизмом 6 с помощью беспроводного соединения, например, через Wi-Fi или Bluetooth соединения.
Датчик 8 предназначен для обнаружения токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств, и выдачи как звукового сигнала, так и подачи сигнала на пусковой механизм 6 для запуска кислородного брикета 5.
Датчик 8 калибруется таким образом, чтобы он срабатывал на концентрацию или токсодозу токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств не выше пороговой, т.е. на значение PCt 50, т.к. именно при этом значении токсодозы военнослужащий получает первые признаки поражения.
Кислородный брикет 5 закрепляется хомутом на внутренней стенке бронешлема 1 и заполняется кислородовырабатывающим веществом и предназначен для его выработки и подачи в дыхательный мешок-пневмообтюратор 2. Верхняя часть кислородного брикета 5 резьбовым соединением соединена с пусковым механизмом 6, а его нижняя часть резьбовым соединением соединена с входным фланцем 7 дыхательного мешка-пневмообтюратора 2, который представляет собой камеру округлой формы из прорезиненного материала состава: каучук СКИ-3 - 100 мас.ч., сера молотая - 1,2 мас.ч., альтакс - 0, 6 мас.ч., дифенилгуанидин - 3 мас.ч., стеарин - 1 мас.ч., технический углерод - 30 мас.ч., ZnO - 5 мас.ч., N-изопропил-N-фенил-n-фенилендиамин - 1 мас.ч. с расположенными на нем клапаном подачи воздуха в подмасочное пространство 4 и клапаном избыточного давления 3 для поддержания нужного давления внутри дыхательного мешка. Дыхательный мешок-пневмообтюратор 2 приклеен в нижней части бронешлема 1.
Вид и количество кислородообразующего вещества подбираются в зависимости от времени защитного действия, т.е. на время выработки кислорода.
Основной задачей дыхательного мешка-пневмообтюратора 2 является как хранение кислорода, так и недопущение проникания во внутреннее пространство бронешлема токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств через неплотности в шейной части головы военнослужащего.
На броншлеме 1 монтируется клапан выдоха 9, который предназначен для вывода выдыхаемого военнослужащим воздуха из подшлемного пространства бронешлема 1.
Пусковой механизм 6 и кислородный брикет 5 также могут быть закреплены хомутами и на внешней поверхности бронешлема 1 (фиг. 2).
Все составные части устройства для защиты головы и органов дыхания изолирующего типа монтируются на заводе изготовителе.
Устройство для защиты органов дыхания и головы изолирующего типа работает следующим образом.
Приведение устройства для защиты органов дыхания и головы изолирующего типа в боевое состояние происходит автоматически при обнаружении в воздухе токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств при их токсодозе, равной PCt 50. Датчик обнаружения 8 выдает как звуковой сигнал, так и сигнал на пусковой механизм 6 для запуска кислородного брикета 5. Игла, входящая в состав пускового механизма 6, пробивает полиэтиленовую капсулу с веществом, инициирующим химическую реакцию, входящую в состав кислородного брикета 5, наполненного кислородообразующим веществом. Происходит химическая реакция и кислородный брикет 5 начинает вырабатывать кислород, который поступает в дыхательный мешок-пневмообтюратор 2, постепенно наполняя его.
Признаками достаточности наполнения дыхательного мешка-пневмообтюратора 2 является его надежный контакт с шеей военнослужащего. Во время дыхания в камере дыхательного мешка-пневмообтюратора 2 будет постоянно поддерживаться нужное давление, необходимое как для обеспечения дыхательного процесса, так и для исключения (подсоса) попадания токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств в подшлемное пространство через неплотности в шейной части головы. Лишний кислород стравливается через клапан избыточного давления 3.
При вдохе через клапан подачи воздуха 4 в подшлемное пространство бронешлема 1 поступает кислород, необходимый для дыхания военнослужащего.
Выдыхаемый военнослужащим углекислый газ стравливается через клапан выдоха 9.
Военнослужащему необходимо как можно быстрее выйти из зоны заражения токсичными химикатами, аварийными химически опасными веществами, радиоактивной пылью и биологическими средствами т.к. время защитного действия будет зависеть от количества потребленного кислорода, которое напрямую зависит от степени физической нагрузки военнослужащего. Чем выше степень физической нагрузки военнослужащего, тем выше частота вдыхания кислорода и ниже время защитного действия.
2
2
4
Время защитного действия, т.е. время выработки кислорода кислородообразующими веществами, входящими в состав кислородного брикета 5, зависит от количества и вида кислородообразующего вещества, например, кислородообразующего вещества состава: NaO - 15%, KO - 40%, KHSO - 40%, Al (пудра) - 3%, асбест - 2% массой 20 грамм хватает на 20 минут работы в условиях средней физической нагрузки.
Признаками окончания времени защитного действия является слабое наполнение дыхательного мешка-пневмообтюратора 2 кислородом и слабое поступление кислорода в подшлемное пространство бронешлема 1 при вдохе.
Замена отработавшего кислородного брикета 5 и обнуление датчика обнаружения токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств 8 производится вне зоны заражения. Для чего необходимо отсоединить пусковой механизм 6 от кислородного брикета 5, при этом произойдет автоматическое обнуление датчика 8 и присоединить новый кислородный брикет 5. При отсутствии в воздухе токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств в токсодозе, меньшей PCt 50, автоматического запуска кислородного брикета 5 не произойдет.
Быстрая замена отработавшего кислородного брикета 5 в зоне заражения токсичными химикатами, аварийными химически опасными веществами, радиоактивной пылью и биологическими средствами производится только при снятии бронешлема 1 и затаенном дыхании военнослужащего. После соединения пускового механизма 6 к кислородному брикету 5, автоматически произойдет запуск кислородного брикета 5. При расположении пускового механизма 6 и кислородного брикета 5 на внешней стороне бронешлема 1 (фиг. 2), замена отработавшего кислородного брикета 5 может производиться без снятия бронешлема 1 с помощью другого военнослужащего.
Пример реализации.
Испытание работоспособности заявляемого устройства проводили на установленном на бронешлем датчике обнаружения аэрозолей и паров аварийных химически опасных веществ на основе полупроводникового сенсорного датчика DHT22 на плате Arduino UNO с индикатором оповещения.
2
2
4
Кислородный брикет был наполнен кислородообразующими веществом NaO - 15%, KO - 40%, KHSO - 40%, Al (пудра) - 3%, асбест - 2% массой 20 г. Полиэтиленовая капсула была заполнена инициирующим химическую реакцию веществом водой.
Устройство для защиты головы и органов дыхания изолирующего типа было испытано на надетой голове манекена, помещенного в камеру, в которой создавалась концентрация аммиака, имитирующая вредную примесь. Концентрация аммиака контролировалась приборами химического контроля. В подшлемном пространстве манекена находился датчик измерения вида и концентрации вещества. В подшлемном пространстве создавалось разрежение, имитирующее дыхание военнослужащего, совершающего действия средней физической нагрузки.
При достижении пороговой токсодозы PCt 50 аммиака 0,25 мг/мин⋅л, также зафиксированной прибором химического контроля, датчик выдал световой и звуковой сигнал, сработало пусковое устройство и кислородный брикет начал наработку кислорода. Дыхательный мешок-пневмообтюратор в течение 3-х секунд наполнился кислородом. Кислород начал поступать в подшлемное пространство бронешлема, который был зафиксирован прибором химического контроля.
Было измерено время защитного действия, т.е. время от начала запуска кислородного брикета до полной его выработки, которое составило 20 минут.
-4
Были измерены концентрации аммиака снаружи и внутри подшлемного пространства бронешлема и рассчитан коэффициент подсоса, который составил 1⋅10 %, что соответствует тактико-техническим требованиям, предъявляемым к средствам защиты органов дыхания (Руководство по эксплуатации средств защиты. Часть 1. Москва, 2011 г.) по защите от токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли.
Таким образом, время на приведение средства индивидуальной защиты органов дыхания, совмещенного со средством бронезащиты головы, составило 3 секунды и обеспечилась изоляция органов дыхания от воздействия вредной примеси (отсутствие подсоса вредной примеси), что позволяет сделать вывод о достижении заявляемого технического результата, т.е. снижении времени на приведение средства защиты органов дыхания, совмещенного со средством бронезащиты головы, в боевое состояние в условиях внезапного применения противником токсичных химикатов, аварийных химически опасных веществ, радиоактивной пыли и биологических средств.