Стенд имитации внешнего дыхания человека, предназначенный для испытаний средств индивидуальной защиты органов дыхания

Полезная модель относится к устройствам для испытаний и исследований защитной дыхательной техники в условиях воздействия внешних неблагоприятных, факторов.
Известен стенд для испытания дыхательных аппаратов, содержащий побудитель движения воздуха, включающий насос с приводом, имеющим кривошипно-шатунный механизм /SU 720851 А1, 07.12.1984/.
Недостатком данного стенда является малый процент автоматизации, отсутствие контроля на каждом этапе, сложность получения проб для анализа, громоздкость конструкции.
Известен стенд для испытания дыхательного аппарата, имитирующий дыхание человека и выполненный с возможностью соединения с дыхательным аппаратом, включающий побудитель движения воздуха, содержащий корпус, привод и связанную с ним камеру, выполненную с возможностью изменения своего объема, отличающийся тем, что упомянутая камера образована первым диском, который прикреплен к корпусу, торообразной гибкой оболочкой и вторым диском, который соединен с приводом, включающим электродвигатель и кривошипно-шатунный механизм, кривошип которого установлен на валу электродвигателя, а шатун шарнирно связан со вторым диском. /RU 83109 U1, 20.05.2009/.
Недостатком данного стенда является малый процент автоматизации, отсутствие контроля на каждом этапе испытаний, а также возможность определение только одного показателя, а именно величины давления под маской на фазе вдоха и выдоха.
Наиболее близким аналогом к полезной модели является Стенд имитации внешнего дыхания человека предназначенный для испытаний средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), состоящий из основного насоса, создающего пульсирующий поток и соединенного с линиями вдоха и выдоха и обеспечивающий круговое движение газо-воздушной смеси (ГВС) через клапаны с СИЗОД, линии выдоха, содержащей блок увлажнения и подогрева, линии вдоха, снабженной отводом, с которым соединен блок имитации потребления кислорода, включающий в себя вспомогательный насос, обеспечивающий пропорциональный отбор ГВС, системы контроля газового состава, выполненной в виде газоанализатора, блока подачи углекислого газа, содержащего устройство регулирования расхода углекислого газа и пропускающего на фазе вдоха через соответствующий клапан в основной насос углекислый газ, который затем смешивается с ГВС, а также датчиков, обеспечивающих обратную связь от всех блоков на блок управления, включающего в себя блок вычисления. /SU 459242 А1, 05.02.1975/.
Недостатком данного стенда является малый процент автоматизации, сложность получения проб для анализа, низкая точность.
Задача, на которую направлена полезная модель, заключается в создании устройства, лишенного вышеназванных недостатков.
Технический результат, достигаемый в полезной модели, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, увеличении уровня автоматизации, повышении точности определения времени защитного действия СИЗОД, что позволяет использовать стенд для проведения всех видов испытаний, (приемо-сдаточных, сертификационных), а так же для решения исследовательских задач и задач разработки новых видов СИЗОД.
Сущность полезной модели заключается в достижении упомянутого технического результата путем создания Стенда имитации внешнего дыхания человека предназначенный для испытаний средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), состоящий из основного насоса, создающего пульсирующий поток и соединенного с линиями вдоха и выдоха и обеспечивающий круговое движение газовоздушной смеси (ГВС) через клапаны с СИЗОД, линии выдоха, содержащей блок увлажнения и подогрева, линии вдоха, снабженной отводом, с которым соединен блок имитации потребления кислорода, включающий в себя вспомогательный насос, обеспечивающий пропорциональный отбор ГВС, системы контроля газового состава, выполненной в виде газоанализатора, блока подачи углекислого газа, содержащего устройство регулирования расхода углекислого газа и пропускающего на фазе вдоха через соответствующий клапан в основной насос углекислый газ, который затем смешивается с ГВС, а также датчиков, обеспечивающих обратную связь от всех блоков на блок управления, включающего в себя блок вычисления. Согласно заявленной полезной модели все блоки стенда компактно смонтированы на единой раме, основной насос, создающий пульсирующий поток, соединен с линиями вдоха и выдоха через дополнительные клапаны, при этом все клапаны стенда выполнены в виде электромагнитных клапанов, блок увлажнения и подогрева на линии выдоха выполнен с расширительным бочком, линия вдоха содержит блок охлаждения ГВС, включенный в линию вдоха перед отводом, соединенным с блоком имитации потребления кислорода, и блок поглощения углекислого газа из линии вдоха, используемый при режимах испытания СИЗОД, в которых это требуется, вспомогательный насос блока имитации потребления кислорода обеспечивает пропорциональный отбор ГВС на фазе вдоха и выпускает ГВС в атмосферу на фазе выдоха, блок подачи углекислого газа содержит устройство регулирования давления углекислого газа, также введен блок подачи азота, содержащий устройство регулирования расхода и давления азота и пропускающий азот на фазе вдоха через соответствующий клапан в основной насос, в котором затем смешивается с основной ГВС.
При этом в стенде:
блок вычисления выполнен в виде микроконтроллера;
основной насос, соединен с сервоприводом и с помощью блока управления может воспроизводить любую кривую дыхания, копируя дыхание реальных людей;
блок управления имеет интуитивно понятный интерфейс пользователя, позволяющий управлять стендом в «одно касание»;
блок управления, использующий обратную связь от датчиков, размещенных в каждом блоке, может имитировать любой режим «дыхания» и оперативно менять режимы по задаче пользователя;
вспомогательный насос приводится в действие сервоприводом, и под управлением блока управления может гибко управлять имитацией потреблением кислорода, имитируя различные режимы дыхания;
блок управления обеспечивает единый центр управления и сбора информации и записи протокола испытаний полностью в автоматическом режиме;
в блоке поглощения углекислого газа из линии «вдоха» при режимах испытания изделий, в которых это требуется, используется поглотитель углекислого газа.
На фиг. 1 изображен стенд имитации внешнего дыхания человека.
На фиг. 2 изображен основной насос.
На фиг. 3 изображен основной насос, вид сверху.
На фиг. 4 изображен блок увлажнения и подогрева.
На фиг. 5 изображен блок увлажнения и подогрева, вид сбоку.
На фиг. 6 изображен блок охлаждения ГВС.
На фиг. 7 изображен блок имитации потребления кислорода.
На фиг. 8 изображен поглотитель углекислого газа.
На фиг. 9 изображена панель питания.
На фиг. 10 изображен внешний вид стенда имитации внешнего дыхания человека.
2
Стенд представляет собой единую конструкцию, все блоки стенда смонтированы на единой раме. В состав стенда на фиг. 1 входят: основной насос 1, сервопривод 2, отсечной клапан 3 выдоха, бак 4 блока увлажнения и подогрева, линия 5 выдоха, клапан 6 выдоха, тройник 7 для подключения СИЗОД, клапан 8 вдоха, блок 9 охлаждения ГВС, отсечной клапан 10 вдоха, отсечные клапаны 11 вспомогательного насоса блока имитации потребления кислорода; вспомогательный насос 12 блока имитации потребления кислорода; сервопривод 13 вспомогательного насоса блока имитации потребления кислорода, расширительный бачок 14 блока увлажнения и подогрева, посадочное место 15 под емкость с поглотитель углекислого газа (СО), микрокомпрессор 16, отвечающий за проверку стенда на герметичность, блок управления, включающий в себя блок вычисления в виде микроконтроллера 17, датчики 18 измерения температуры и влажности, система контроля газового состава, выполненная в виде газоанализатора 19, линия 20 вдоха.
Основной насос 1 на фиг. 2 содержит: сервопривод 2 (см. фиг. 1), отсечной клапан 3 выдоха (см. фиг. 1), отсечной клапан 10 вдоха (см. фиг. 1), сильфоны 21 основного насоса, штуцер 22, предназначенный для присоединения микро-компрессора 16 (см. фиг. 1), отвечающего за проверку стенда на герметичность, штуцер 23, предназначенный для контроля внутреннего давления/разряжения стенда, датчик 24 верхнего положения винтовой гайки, винтовая гайка 25. Основной насос на фиг. 3 содержит: клапан 26 дозировки азота и углекислого газа.
Блок увлажнения и подогрева на фиг. 4 содержит: бак 4 блока увлажнения и подогрева (см. фиг. 1), линия 5 выдоха (см. фиг. 1), патрубок 27 для присоединения датчика влажности, патрубок 28 для подлива воды из расширительного бачка 14 (см. фиг. 1), патрубок 29 для отбора ГВС на газовый анализ. Блок увлажнения и подогрева на фиг. 5 содержит: термоэлектрический нагреватель (ТЭН) 30, датчик 31 уровня воды, термопара 32 контроля температуры в баке 4, дополнительный нагревательный элемент 33.
Блок 9 (см. фиг. 1) охлаждения ГВС на фиг. 6 содержит: клапан 8 вдоха (см. фиг. 1), патрубок 34 забора ГВС для газового анализа и контроля температуры, дренаж 35 для слива конденсата, отвод 36 для подсоединения блока имитации потребления кислорода.
Блок имитации потребления кислорода на фиг. 7 содержит: отсечные клапаны 11, сервопривод 13 вспомогательного насоса 12, сильфон 37 вспомогательного насоса 12, датчик 38 расхода газа вспомогательного насоса 12, датчик 39 верхнего положения винтовой гайки 40 вспомогательного насоса 12.
Поглотитель углекислого газа на фиг. 8 содержит: заглушка 41, корпус 42, воздуховод 43.
Панель питания на фиг. 9 содержит: кнопка 44 включения, предохранитель 45 на 15 А, 220 В, розетка питания (IEC С 14) 46, штекер 47 для подключения азота, штекер 48 для подключения углекислого газа.
Внешний вид стенда имитации внешнего дыхания человека на фиг. 10 содержит: стенд полностью в собранном состоянии.
Стенд работает следующим образом.
2
2
Основной насос 1, например сильфонного типа, (фиг. 1) осуществляет возвратно поступательные движения и создает пульсирующий поток, который за счет системы клапанов разделяется на линии «вдоха» 20 и «выдоха» 5. На фазе «выдоха» насос 1 приводится в действие серводвигателем 2. Через отсечной клапан «выдоха» 3, газовоздушная смесь (ГВС) из насоса поступает в бак 4 увлажнителя. В баке 4 ГВС нагревается до температуры 37 0С, увлажняется до относительной влажности 95% и подается на линию 5 «выдоха». Затем ГВС через клапан 6 «выдоха» подается в тройник 7. Через тройник 7 ГВС поступает в испытываемый образец СИЗОД. На фазе «вдоха» из образца СИЗОД ГВС поступает через тройник 7 и клапан 8 «вдоха» в блок 9 охлаждения ГВС. В блоке 9 ГВС охлаждается до комнатной температуры и через отсечной клапан 10 «вдоха» возвращается назад в насос 1. Имитация потребления кислорода осуществляется через вспомогательный насос 12, например мембранного типа. Он осуществляет возвратно-поступательные движения с помощью собственного сервопривода 13, создавая пульсирующий поток газа. С помощью отсечных клапанов 11 вспомогательный насос 12 на фазе «вдоха» забирает часть газа и на фазе «выдоха» выпускает в атмосферу ГВС. В случае, если необходимо провести испытания образца в режиме с поглощением СО необходимо на посадочное место 15 подсоединить емкость с поглотителем СО. Работой всего стенда управляет, блок вычисления в виде микроконтроллера 17, собирая информацию с системы контроля газового состава, выполненной в виде газоанализатора 19 и датчиков 18 измерения температуры и влажности.
2
Основной насос 1 (фиг. 2) создает пульсирующий поток. Два соединенных между собой сильфона 21 основного насоса 1 приводятся в движение сервоприводом 2. Винтовая гайка 25 движется в вертикальной плоскости до датчика верхнего положения винтовой гайки 24. Отсечные клапаны 3 и 10 открываются на фазах «выдоха» и «вдоха» соответственно. Программа движения для сервопривода 2 задается микроконтроллером 17 (фиг. 1). Контроль частоты и глубины дыхания осуществляется автоматически и поддерживается электронными системами стенда. Клапан 26 открывается на фазе «вдоха» и пропускает в сильфоны 21 газы СО и азот (N2), которые затем смешиваются там с основной ГВС. Штуцер 22 предназначен для присоединения микрокомпрессора 16 (фиг. 1), отвечающего за проверку стенда на герметичность. Штуцер 23 предназначен для контроля внутреннего давления/разряжения стенда.
В баке 4 блока увлажнения и подогрева (см. фиг. 1) ТЭН 30 нагревает воду (фиг. 5). Температура воды контролируется термопарой 32. Поступающая от насоса ГВС нагревается в баке 4 до температуры 37°С и увлажняет до относительной влажности 95%, а так же подогреваясь дополнительным нагревательным элементом 33. Контроль и поддержание температуры и влажности осуществляется автоматически микроконтроллером 17 (фиг. 1). В линии 5 «выдоха» предусмотрен патрубок 27 для присоединения датчика влажности 18 (фиг. 1). А также патрубок 29 для отбора ГВС на газовый анализ. Уровень воды в баке 4 контролируется датчиком 31. При поступлении сигнала от датчика 31 уровня воды на микроконтроллер 17 (фиг. 1), вода доливается автоматически из расширительно бачка 14 (фиг. 1) через патрубок 28. Расширительный бачок 14 (фиг. 1) оснащен датчиком уровня воды, при поступлении сигнала с которого микроконтроллер 17 (фиг. 1) выдает сообщение о необходимости пользователю стенда долить воды в расширительный бачок 14 (фиг. 1).
Блок 9 (фиг. 1) охлаждает ГВС, поступающий через клапан 8 «вдоха» в линию 20 «вдоха». Блок 9 охлаждения ГВС представляет собой медный радиатор, особой конструкции обеспечивающий охлаждение ГВС до комнатной температуры при любой легочной вентиляции. Для контроля газового состава и температуры, ГВС забирается через патрубок 34. Конденсат скапливается в дренаже 35, который необходимо периодически сливать.
Вспомогательный насос 12 (фиг. 1) блока имитации потребления кислорода осуществляет отбор ГВС через отвод 36 из линии 20 «вдоха» на фазе «вдоха» и возвращает ее в атмосферу. Винтовая гайка 40, приводимая в действие приводом 13, движется в вертикальной плоскости, растягивая сильфон 37 вспомогательного насоса 12, до датчика 39 верхнего положения винтовой гайки 40, создавая тем самым пульсирующий поток. Отобранный объем ГВС контролируется датчиком 38 расхода на каждом шаге и при необходимости корректируется микроконтроллером 17 (фиг. 1), изменяя программу движения привода 13. Поток ГВС разделяется отсечными клапанами 11.
2
2
2
Поглотитель углекислого газа (фиг. 8) предназначен для поглощения СО из линии 20 «вдоха» при режимах испытания изделий, в которых это требуется. Для поглощения СО используется поглотитель известковый (ХПИ). ХПИ в сменном картридже поставляется отдельно. Для проведения испытаний на режимах, использующих поглощение СО, достаточно вместо заглушки 41 вкрутить картридж с ХПИ в корпус 42, микроконтроллер 17 (фиг. 1) автоматически настроится на соответствующий режим.
На боковине стенда находится панель питания. Панель питания служит для подведения питания к стенду. Розетка 46 (220 в 50 Гц, 15 А) имеет заземление. Кнопка 44 подает питание на весь стенд. Предохранитель 45 (220 В, 15А) защищает весь стенд.
Штекер 47 для подключения азота, штекер 48 для подключения углекислого газа служат для подачи газов из баллонов в стенд до 2 атм.
Использование стенда при проведении динамических испытаний образцов СИЗОД за счет увеличении уровня автоматизации, записи протокола испытаний в полностью автоматическом режиме и с учетом информации от датчиков, размещенных в каждом блоке, и фиксации всех параметров дыхания «вдоха» и «выдоха позволяет стенду имитировать любой режим «дыхания» и оперативно менять режимы по задаче пользователя.
Это повышает точность определения времени защитного действия любых видов СИЗОД и позволяет использовать стенд для проведения всех видов испытаний (приемо-сдаточных, сертификационных и т.д.), а так же для решения исследовательских задач и задач разработки новых видов СИЗОД.