ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ
REGENERATIVE RESPIRATORY UNIT

Предлагаемый дыхательный агрегат регенеративный предназначен для временной защиты органов дыхания от ядовитых, не пригодных для дыхания газов, группы людей, застигнутых в шахте после взрыва, пожара или обрушения горных выработок.
Агрегат может использоваться в угольной, газовой промышленности, а также в системе гражданской обороны.
Дыхательный агрегат регенеративный содержит кислородный баллон с редуктором, легочный автомат с трехступенчатой подачей кислорода в дыхательный мешок, трубопроводы вдоха и выдоха, между трубопроводами вдоха и выдоха установлены индивидуальные присоединительные патрубки с клапанами вдоха, выдоха и подпружиненный запорный клапан, выполненный с возможностью открывания при присоединении дыхательного шланга.
В случае отключения дыхательного шланга от присоединительного патрубка его запорный клапан выполнен с возможностью автоматического закрывания, предотвращая утечку воздуха из системы дыхания агрегата.
Агрегат работает по замкнутой системе. В него могут включаться от одного и более людей в зависимости от установленных на дыхательных трубопроводах 10 и 11 присоединительных патрубков 12 (фиг.1 и фиг.2).
На фиг.1 показано четыре патрубка. На свободные концы трубопроводов установлены заглушки.
Расчет по расходу кислорода приведен на подключение до 16 человек. Агрегат разбирается на отдельные узлы, удобные для транспортирования.
Он устанавливается в сбойках шахт, в специально приготовленных камерах, не подверженных действию открытого огня.
Кислородный баллон с редуктором с целью безопасности может находиться на большом расстоянии от других изделий, составляющих данный агрегат.
Подача кислорода к легочному автомату осуществляется при помощи гибкого шланга.
Теоретические расчеты показали, что трубы с внутренним диаметром 60 мм, как в нашем случае, позволяют обеспечивать малое сопротивление дыханию, дающее возможность иметь трубопроводы вдоха и выдоха значительной длины и присоединять к ним большую группу людей.
Известное устройство (а.с. 233722, опубл. 24.12.1968., БИ №3) «Вагон для эвакуации людей из зоны с загрязненным воздухом» имеет недостатки: его надо герметизировать и иметь аккумуляторы сжатого воздуха, а в случае помещения в него дополнительной группы людей надо разгерметизировать и проводить дополнительную продувку кузова.
Преимуществом данного агрегата (фиг.1) является возможность подключения к нему от одного человека до группы людей на длительное время. Особенно тогда, когда подошли люди, включенные в самоспасатели, срок защитного действия которых на исходе.
Дыхательный агрегат регенеративный. Состоит из: баллона 1 емкостью 40 литров и давлением 150 атм, редуктора 2 по ГОСТ 1381-72 с показывающими манометрами 3 и 4 и с предохранительным клапаном 5; трехступенчатого легочного автомата 6 (фиг.4), обеспечивающего агрегат постоянной подачей кислорода 2 л/мин, дополнительной подачей 8 л/мин и подачей от редуктора 40-50 л/мин.
2
Включение ступеней осуществляется за счет опорожнения дыхательного мешка 8 и опускания рычага 7 легочного автомата, связанного с ним шарнирно. Емкость для ХПИ 9 представляет из себя сосуд, в который, через имеющуюся на нем горловину 17, засыпается известковый химреактив, регенерирующий выдыхаемый воздух, очищая его от CO. Закрывается горловина герметично крышкой. Емкость соединена с дыхательным мешком с помощью специального патрубка 18.
Дыхательный мешок 8 выполнен в виде меха с гофрированными боковыми стенками, с целью равномерного перемещения его верхней стенки. С ним шарнирно связан приводной рычаг 7, с помощью которого осуществляется работа легочного автомата 6 и избыточного клапана 13, находящегося под рычагом 7.
По бокам мешка имеются патрубки: один - для подвода кислорода 19 из легочного автомата 6, второй - для выдыхаемого воздуха 18 и третий - отводной патрубок на вдох 20.
Между трубопроводами вдоха 11 и выдоха 10 установлены присоединительные патрубки 12 (фиг.1, фиг.2), представляющие собой коробку 21, в которой установлены клапаны вдоха 23, выдоха 22 и подпружиненный клапан 24.
В горловину коробки присоединительной вставляется специальная пробка 25, которая создает дополнительную герметизацию и предотвращает попадание грязи и посторонних предметов.
В состав агрегата также входит (фиг.3) шланг дыхательный, состоящий из наконечника 26 с донышком 27 с отверстиями для прохода воздуха и с боковыми выступами 28, служащими для фиксации положения в горловине присоединительного патрубка 21, гофрированного шланга 29, загубника 30. Для дополнительной герметизации в загубник вставляется пробка 31.
Работа предлагаемого агрегата заключается в следующем.
Открыть вентиль баллона 1. Давление кислорода в баллоне укажет манометр 3, давление редуктора манометр 4. Кислород от редуктора 2 по гибкому шлангу поступает через легочный автомат 6 в дыхательный мешок 8 и дальше в трубопровод вдоха 11 и в присоединительные патрубки 12.
Так как все дальнейшие выходы пока перекрыты, кислород, поступающий по патрубку 19 в виде постоянной дозы, равной 2 л/мин, наполнит дыхательный мешок 8, избыточный клапан 13 упрется в рычаг 7, откроется и будет выпускать поступающий кислород в атмосферу.
Для включения в агрегат человек извлекает из горловины присоединительного патрубка специальную пробку 25, а вместо нее вводит наконечник 26 дыхательного шланга. Выступы 28 должны войти в продольные пазы 32. Донышко 27 упрется в шток клапана 24 и откроет его. Теперь следует наконечник повернуть. Выступы 28 войдут в кольцевой паз, зафиксируют положение шланга.
Далее надо извлечь из загубника пробку 31. Взять загубник 30, обеспечивающий соединение с легкими человека, в рот и дышать через него. Воздух из трубопровода 11 через клапан 23, клапан 24, по шлангу 29 поступает в легкие человека.
Таким же образом подключаются к агрегату остальные люди. Количество их определяется наличием свободных патрубков 12 и дыхательных шлангов 29.
При включении 4-5 человек, при небольшом в 0,4-0,5 л/мин расходе кислорода на одного человека, дыхательный мешок работает только своей верхней частью (≈1/3 объема).
В случае присоединения большого количества людей, расход кислорода и объем общего вдоха увеличится, мешок опорожнится больше, рычаг 7 опустится ниже, откроет клапан дополнительной подачи легочным автоматом, равной 6-8 л/мин. Мешок 8 будет работать опять на наполнение.
Когда в агрегат включится много людей, мешок еще опорожнится. Рычаг 7 опустится еще ниже, винт упора 16 будет давить на шток клапана 33 дополнительной подачи легочного автомата и через некоторый промежуток времени воздействует на шток (опускает его) клапана 34, подающего кислород непосредственно от редуктора.
При выдохе воздух проходит клапан выдоха 22 в патрубке 21, по трубопроводу 10, влагоотделитель 14, очищается и поступает в емкость с ХПИ.
2
В емкости с ХПИ выдыхаемый воздух регенерируется от СО, проходит в дыхательный мешок 8, где обогащается кислородом поступающим от легочного автомата 6 по патрубку 19 (использован по патенту РФ на ПМ №35073 класса А62, В7/04, БИ №36). Из дыхательного мешка воздух проходит через холодильник 15 в трубопровод 11.
Теоретические расчеты показали, что баллон с кислородом и редуктором может находиться на любом безопасном расстоянии. Длина трубопроводов вдоха 11 и выдоха 10 при диаметре 60 мм, как в нашем примере, может иметь значительную величину.
При отключении человека от агрегата, он извлекает свой дыхательный шланг 29 из горловины присоединительной коробки 21. Находящийся там подпружиненный запорный клапан 24 автоматически закроется. Утечки воздуха в атмосферу не будет.
Принцип работы трехступенчатого легочного автомата (фиг.4) заключается в следующем:
При закрытом вентиле баллона 1 дыхательный мешок 8 опорожнен. Верхняя стенка его и связанный с ней шарнирно конец рычага 7 находится в нижнем положении. Регулировочный винт 16 (фиг.4) воздействует на толкатель 32, опускает его вниз и через диафрагму открывает клапаны 33 и 34, обеспечивая свободный ход кислороду от редуктора (40-50 л/мин) в дыхательный мешок 8.
При открытии вентиля баллона 1 кислород по трубке от редуктора поступит в полость «А», минуя открытый клапан 34 в полость «Б» и далее через клапан 33 под мембрану и по трубке 19 в дыхательный мешок.
Мешок частично, но быстро наполняется, увлекая за собой конец рычага 7. Регулировочный винт 16 так же будет подниматься, освобождая клапаны 33 и 34, которые под действием пружины переместятся вверх. В начале закроется клапан 34 при этом кислород из полости «А» попадет в полость «Б».
Минуя клапан 33 кислород поступает под диафрагму и в дыхательный мешок в количестве 6-8 л/мин.
При положении мешка примерно на 3/4 объема, винт 16 отойдет от толкателя 32, освободит клапан 33, который под действием пружины закроется.
После этого кислород из полости «Б» через отверстие 36, сделанное в полости клапана 33, будет поступать под диафрагму и в дыхательный мешок в количестве 2-2,5 л/мин.
Ориентировочный расчет агрегата на время его действия по кислороду.
Представим агрегат в таком состоянии:
Верхняя стенка дыхательного мешка 8 находится в нижнем положении. Конец рычага 7, соединенного с ней, тоже опущен. При этом винт упора 16 удерживает оба клапана, которые находятся в корпусе легочного автомата открытыми.
В нижнем основном клапане имеется калиброванное отверстие на пропуск кислорода равного 8 л/мин. А в верхнем вспомогательном - отверстие на 2 л/мин.
а) Как только открыли вентиль баллона 1, мгновенно происходит подача кислорода от редуктора 6.
Кислород, минуя вспомогательный клапан, в количестве 40 л/мин частично наполнит мешок. Рычаг 7 поднимется, основной клапан, находящийся внизу легочного автомата, закроется.
б) После этого кислород поступает через калиброванное отверстие, находящееся в основном клапане, тем же путем в количестве 8 л/мин поступит в мешок 8 и наполнит его до определенного объема. Рычаг поднимется, регулировочный винт 16 отойдет от штока вспомогательного клапана, и он закроется.
в) Теперь кислород пойдет через калиброванное отверстие этого клапана в количестве 2 л/мин. Наполнит мешок до конца. Но так как выхода кислорода из агрегата нет, эта постоянная подача будет уходить через избыточный клапан в атмосферу.
Запас кислорода в баллоне объемом 40 литров при давлении 150 атм равен 6000 литров. Время утечки кислорода из баллона составит:
или 50 часов;
Будем считать потери кислорода при включении в агрегат людей до 15%. Тогда количество кислорода примем для расчета
г) Расход кислорода на одного человека без выполнения работы по данным физиологов равен 0,5 л/мин.
Тогда группа людей из 4-х человек будет защищена от окружающей атмосферы:
.
Из 16 человек:
По мере уменьшения включающихся людей время защитной способности агрегата будет увеличиваться.
По теории вероятности группа людей без осуществления командного дыхания производят вдох и выдох в разнобой или половина из них вдыхает, другая выдыхает.
Из этого расчета сделан дыхательный мешок и запас ХПИ на 10 часов дыхания 16 человек.